五種具有高熒光量子産率的TADF材料分析
前言：近年來，熱激活延遲熒光（TADF）材料受到廣泛關注，被廣泛應用于有機發光二極管（OLED）中。通常，傳統熒光材料在電激發下會産生1:3的單重态和三重态激子，理論内部量子效率（IQE）隻能達到25％，這極大地限制了電緻發光器件的應用。
第二代OLED使用重金屬配合物磷光材料作為發射體，能夠利用單重态和三重态激子實作近乎100％的IQE。然而，常用的重金屬如Ir和Pt等是貴重金屬，在大面積應用中過于昂貴。
至于第三代TADF材料，扭曲的電子給體（D）和電子受體（A）結構分子設計提供了一個小的單重态和三重态能級差（ΔEST），使三重态激子通過上轉換過程（T1→S1）轉變為單重态激子，随後以延遲熒光（S1→S0）的形式衰減。
是以，單重态和三重态激子可以同時使用，實作100％的IQE，而無需使用貴重金屬。研發高效率的藍色熱激活延遲熒光（TADF）發射體仍然是一個巨大的挑戰。
在這裡，通過研究五種藍色TADF發射體，通過簡單地逐漸将常用的甲基基團（C1）更換為較長的基團以微調能級而設計。
DAc-C1–DAc-C5采用二苯基砜（DPS）作為受體，丙二酰胺基上的不同長度烷基鍊上的吖啶作為給體基團。這五種化合物具有高的光緻發光量子産率（PLQY）（75％-84％）和藍色發射。
所有化合物的高熱分解溫度（Td，相應于5％重量損失）在339℃至391℃之間。DSC測量在30℃至250℃範圍内進行，升溫速率為10℃ min-1。
DAc-C1、DAc-C4和DAc-C5具有明顯的玻璃化轉變溫度（Tg），分别為171℃、98℃和74℃（圖S11B），而DAc-C2和DAc-C3沒有明顯的Tg峰。
這些結果表明這五個化合物具有良好的熱和形态穩定性，有利于它們的OLED性能。通過循環伏安法（CV）研究了這些化合物的電化學行為。
這五個化合物的HOMO能級确定為約5.26 eV，根據它們在甲苯溶液中吸收光譜的起始點計算出它們的能隙（Eg）為2.92 eV。
通過紫外-可見光吸收光譜和熒光光譜分析DAc-C1、DAc-C2、DAc-C3、DAc-C4和DAc-C5的光實體性質。
盡管烷基鍊從甲基到戊基不同，但五種發光團分子具有相似的吸收曲線，強吸收帶在286 nm處，歸因于吡啶的π → π∗躍遷，而較弱的低能吸收帶在350-420 nm左右，源于吡啶單元到DPS單元的分子内電荷轉移（ICT）躍遷。
所有的發光團分子在甲苯溶液中表現出無結構熒光光譜，峰值在461 nm處，表明它們具有相似的激發态特性。
在極性溶劑中，熒光光譜被巴托移，最大發射峰從正己烷中的436 nm變為二氯甲烷中的510 nm，這進一步證明了電荷轉移激發态。
有趣的是，當水分數（fw）增加到98%的H2O/四氫呋喃（THF）混合溶液中時，發光強度顯著增強，表明這五種化合物具有聚集誘導發光（AIE）性質。
估計S1态的能級分别為2.59、2.61、2.63、2.64和2.66 eV，T1态分别為2.57、2.57、2.61、2.53和2.59 eV。
是以，這五種發光團分子的ΔEST分别計算為0.03、0.03、0.02、0.11和0.07 eV。這樣小的ΔEST值表明有效的逆向交叉（RISC）程序和潛在的TADF性質。
通常來說，從電子傳輸層或空穴傳輸層注入和傳輸載流子會受到一定程度的阻礙，而在異質結界面積累過多的極化子會導緻嚴重的激子湮滅和效率下降。
然而，TADF化合物的雙極性特性可以促進空穴/電子的注入和傳輸，進而穩定激子的形成并擴大EML中的複合區，進而提高OLED的性能和穩定性。
DAc-C2在五種熒光物質中表現出最佳的雙極性傳輸特性，很好地解釋了其OLED器件具有最高EQE的原因。
結論：一種獨特的分子設計政策，其通過簡單地改變乙酰亞胺的烷基取代基來建構高效的TADF發光體。由此産生的五種化合物，DAc-C1、DAc-C2、DAc-C3、DAc-C4和DAc-C5，具有高PLQY（75% - 84%）的藍色發射區域、TADF和AIE特性。
由于分子間緊密的互相作用，DAc-C2中觀察到了綠色ML，DAc-C2也達到了最高的EQE（24.1%），CIE坐标為（0.15，0.19），與DAc-C1（17.0%）相比提高了42%。
此研究無疑揭示了烷基取代基在調控EL性質方面的重要作用，可能開辟了TADF材料進一步發展的新途徑。
