实验室赵祖金教授团队：新型折叠热活化延迟荧光分子实现高性能OLED

有机发光二极管（OLED）凭借自发光、柔性轻薄等优势已成为显示与照明领域研究热点。纯有机热活化延迟荧光（TADF）材料可实现100%激子利用率，在发光材料和敏化剂应用中前景广阔。传统线性给体-受体（D-A）型TADF分子虽能通过高度扭曲的结构获得小ΔEST，但连接给受体的单键容易旋转导致非辐射能量耗散，且强长程电荷转移使得光色与效率难以兼顾。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的赵祖金教授课题组利用折叠分子设计策略，开发了新型三明治折叠构型TADF材料——f-TRZ-1和f-TRZ-2。该刚性折叠骨架通过分子内弱相互作用锁定构象，有效抑制了结构弛豫与非辐射能量耗散。同时，空间上紧密堆叠的D/A结构使其在不同主体材料中均能维持稳定的光色和效率。作为发光材料和敏化剂都表现出优异的电致发光性能，充分展示了这类折叠型TADF材料在高性能OLED制造中的应用潜力。

以11,12-二氢吲哚并[2,3–a]咔唑（HIC）为桥联基团，9-苯基咔唑（PC）为给体，2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪（TRZ）为受体，调控TRZ连接位点，合成了两个新型异构化合物f-TRZ-1和f-TRZ-2（图1）。TRZ嵌在两个PC单元间，形成规则的折叠夹心结构。这种构型赋予它们优异的热稳定性，使其热分解温度高达550℃以上；PC与TRZ间的紧密排列（3.1–3.4 Å）促进了分子内空间相互作用，有利于实现分子内空间电荷转移（TSCT）机制发光。

图1 文献报道的以TRZ为受体的典型TSCT-TADF分子构型；B）本文的分子构型；C）新化合物的分子结构及晶体结构

图2 理论计算

理论计算（图2）分析表明两个分子具有较为分离的LUMO与HOMO电子云分布，减小了分子的单线态-三线态能级差，促进RISC过程。f-TRZ-2较小的能隙表明其具有更红地光色。f-TRZ-1中更大的重叠积分有利于实现快速地辐射跃迁过程。RDG分析表明PC和TRZ间存在明显的分子内空间相互作用。

图3 光物理性质和载流子传输性能

f-TRZ-1和f-TRZ-2在掺杂膜中均表现出TADF性质，对应的发射峰分别位于495 nm和502 nm，绝对荧光量子产率分别为89%和48%。f-TRZ-1和f-TRZ-2在电场强度为1.0 × 106 V cm⁻¹时的电子迁移率分别为0.033 cm2 V⁻¹ s⁻¹和0.075 cm2 V⁻¹ s⁻¹，空穴迁移率分别为0.051 cm² V⁻¹ s⁻¹和0.061 cm² V⁻¹ s⁻¹，表明二者均具备快速且平衡的载流子传输能力。与f-TRZ-2相比，f-TRZ-1展现出更平衡的载流子迁移率（图3）。

图4 掺杂器件性能

如图4所示，以两个材料作为发光客体制备了一系列掺杂OLED器件，不管在低极性主体mCPBC还是高极性主体PPF中，f-TRZ-1均表现出优于f-TRZ-2的性能。两个材料在不同极性的主体中均表现出相似的电致发光性能，表明其电致发光性能对主体材料极性的依赖性较弱。以f-TRZ-1为发光客体掺杂到PPF主体中制备的掺杂OLED器件实现了高达28.9%的最大外量子效率，优于f-TRZ-2的器件（17.6%）。以f-TRZ-1和f-TRZ-2作为敏化剂敏化MR-TADF分子tCzphB-Fl制备的HF OLED器件亦展现出卓越的电致发光性能，最大外量子效率分别达到37.8%与37.4%，且效率滚降得到有效抑制（图5）。表明这类新型折叠构型TADF分子在构建高效OLED器件中，是一类有潜力的发光材料与敏化剂材料。

图5 敏化器件性能

    相关研究成果以“Novel Robust Folded Thermally Activated Delayed Fluorescence Moleculesfor High-Performance OLEDs”为题发表在Angewandte ChemieInternational Edition上，其中通讯作者为赵祖金教授和许乐天副研究员，第一作者为博士研究生兰霞和硕士研究生关晓阳。该研究工作得到了国家自然科学基金（22375066、U23A20594、22405091）和广东省基础与应用基础研究基金（2023B1515040003、2025A1515010011）等科研项目的资助。