理论研究嵌入式邻碳硼烷配体对一类环金属Pt(Ⅱ)配合物光物理性质的影响

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近年来,发光材料尤其是有机发光二极管(OLED)在全色显示的灵活性和白光照明的低能耗方面都得到了广泛的关注。有机金属配合物,包含有中心的重金属原子(如铱、金和铂),重原子带来强的自旋轨道耦合(SOC)效应,使配合物具有短的激发态寿命,宽的颜色可调性和高的辐射量子效率。因此,有机金属配合物常作为OLED设备的发射层中的磷光掺杂物。在所有的有机金属配合物中,环金属Pt配合物得到了广泛的使用。在环金属Pt(II)配合物中,环金属配体可以是双齿的、三齿的和四齿的。与其它两种环金属配体类型相比,三齿配体具有较好的结构平面性和发光性能。本文中所涉及的研究对象是一类含有嵌入式邻碳硼烷配体的环金属Pt(II)配合物。这类Pt(II)配合物(C^N^C-cyclometalated Pt(II))的经典结构含有一个三齿配体(由吡啶和两个环金属片段组成:苯甲醚和苯环)和叔丁基异腈。本文中选取四个邻碳硼烷(C2B8H10,C2B10H12,C2B11H13和C2B12H14)引入到C^N^C环金属Pt(II)配合物旨在找出邻碳硼烷对这类分子的影响,期间我们进行结构匹配和稳定性分析得到相关分子与传统的分子一同作为本文讨论的配合物,分别命名为2、3、4、5、1。这些配合物的电子结构、吸收和发射性质通过密度泛函和含时密度泛函理论方法表征。同时邻碳硼烷对分子光物理性质和量子效率方面的影响也得到了阐述,比如分子轨道、电子组态、自旋轨道耦合作用和振动模式等方面。我们全面的研究了这类分子的辐射和非辐射跃迁过程,尝试找到不同尺寸碳硼烷对分子刚性、轨道能级和振动模式位移的影响,同时期望能够找到具有理想发光颜色和效率的磷光分子。研究表明,在分子的几何结构方面,邻碳硼烷对提升分子刚性和预防Pt-Pt接触方面起到了重要作用。由于分子2、3和5的HOMO和LUMO能级之间的能量差增大,所以其吸收和发射波长较常规的配合物1相比是蓝移的。同时,邻碳硼烷的引入了使分子激发态能级的分布更加集中,这有利于增加系间窜越概率。另外这些带有邻碳硼烷的Pt(II)配合物的电荷转移总是位于其三齿配体的共轭部分。这些对磷光强度的提高都是有益的。此外,邻碳硼烷的引入影响了C1-C2的相互作用强度,进而影响了这类Pt(II)配合物的共轭结构和振动模式。所有非辐射跃迁速率的讨论都表明,具有高对称性的邻碳硼烷分子优于低对称性的。考虑到发射波长、kr和knr的结果,我们认为分子5具有最佳的磷光性能,可以作为一种高效的磷光材料。总而言之,我们衷心地希望基于我们的研究可以为设计高性能光电材料开辟新道路并提供最精确的指导。
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