论文部分内容阅读
热激活延迟荧光(TADF)材料与磷光材料相似都能利用三重态激子,其器件的内量子效率突破了荧光器件内量子效率25%的理论极限。TADF材料可以采用全有机的分子结构,原料来源广,成本低,克服了磷光配合物材料需要Ir(Ⅲ)、Pt(Ⅱ)、Os(Ⅱ)等重金属的缺陷。TADF材料器件在性能上可以与磷光材料相媲美。TADF材料要求分子中S1-T1的能隙差△EST小于0.3 eV,最好小于0.1 eV。本文利用Gaussian09软件进行量子化学计算,研究了 14种环状砜类分子内电荷转移化合物(ICT)的能级,并合成了其中8种化合物,实验结果表明其中5种化合物具有TADF材料的主要特征。1.以9,10-二氢-9,9-二甲基吖啶(DMAC)或吩噁嗪(PXZ)为给体,设计基于10-苯基-10H-吩噻嗪-5,5-二氧化物、吩恶嗪-10,10-二氧化物和10-甲基-10H-吩噻嗪-5,5-二氧化物共14种环状砜类ICT化合物。采用密度泛函理论(DFT)对分子基态的几何结构进行优化。在基态结构优化的基础上,采用最优Hartree-Fock(HF)交换方法探究了激发态的能级结构。计算结果表明,大部分化合物具有高的三重态能级和能隙,所以它们倾向于发射蓝光。化合物中的1f、1g、1h、2c和2d的最大发射波长(λmax)分别为461nm、442nm、486nm、418nm和462nm,且它们都具有较小△EST,依次为0.303 eV、0.088 eV、0.165 eV、0.230 eV和0.295 eV,表明它们是潜在的蓝光发射TADF材料。2.通过Buchwald-Hartwig反应,合成了化合物1e、1f、1g和1h。它们在甲苯溶液中的λmax依次为468nm、508nm、475 nm和530nm。向甲苯溶液鼓氮气除氧前后的量子效率(Φf和Φd)依次为0.040和0.088、0.022和0.110、0.036和0.090、0.029和0.123。在甲苯溶液中它们的荧光寿命(τf)在5.97～11.47 ns之间,除氧后1f、1g和1h的延迟荧光寿命(τd)分别为1.16 us、1.03us和0.69 us,而1e无延迟寿命。根据77K下的时间分辨荧光和时间分辨磷光光谱计算得到它们的AEST分别为0.181 eV、0.116 eV、0.130 eV和0.089 eV。实验结果表明1f、1g和1h都是潜在的TADF材料。循环伏安法测得1e、1f、1g和1h的HOMO能级分别为-5.34 eV、-5.13 eV、-5.37 eV和-5.14eV。3.通过Suzuki偶联反应和Buchwald-Hartwig交叉偶联反应合成了化合物2c、2d、2e和2f,并研究它们的光物理性能。结果表明:它们在甲苯溶液中的λmax和Φd分别为 455 nm 和 0.083、511 nm 和 0.098、422 nm 和 0.367、459 nm 和 0.105。测得室温下,质量分数5%的2c和2d的PMMA薄膜的寿命(Tfilm)分别为5.78 us和20.00 us。根据77K下,时间分辨荧光和时间分辨磷光光谱,计算得到2c和2d的△EST分别为0.203 eV和0.177 eV。实验结果表明,2c和2d均为潜在的TADF材料。热失重分析测得这四种化合物的热分解温度处于424～466℃,表明它们均具有良好的热稳定性。