基于四氰基受体单元的高效近红外热激活延迟荧光

doi:10.7503/cjcu20230274

摘要/Abstract

摘要：

以二吡啶并吩嗪为受体单元, 三苯胺(TPA)为给体单元, 设计合成了近红外(NIR)热激活延迟荧光(TADF)材料11,12-双[4-(二苯基氨基)苯基]联吡啶[3,2-a:2',3'-c]吩嗪-3,6,10,13-四甲腈(FCNPZ-TPA). 在FCNPZ-TPA分子的受体单元上引入4个氰基增加了受体单元的吸电子能力. 考虑到TPA具有优异的给电子能力, 将强给体-强受体单元同时引入分子骨架中, 使得FCNPZ-TPA的发射波长红移到近红外区域. 另外, 给体(D)和受体(A)单元之间空间位阻导致FCNPZ-TPA具有扭曲D-A分子构型, 从而实现了较小的单线态-三线态能级差(ΔE_ST). 得益于FCNPZ-TPA分子刚性骨架以及较小的ΔE_ST, 当FCNPZ-TPA掺杂在主体4,4'-二(9-咔唑)联苯中时, 该有机支光二极管器件在发射波长为742 nm处实现了8.01%的最大外量子效率(EQE).

关键词: 热激活延迟荧光, 近红外, 单线态-三线态能级差, 外量子效率

Abstract:

The near-infrared thermally activated delayed fluorescence（TADF） material 11，12-bis［4-（diphenyla- min）phenyl］dipyrido［3，2-a：2'，3'-c］phenazine-3，6，10，13-tetracarbonitrile（FCNPZ-TPA） was designed and synthesized with dipyridinophenazine as the acceptor unit and triphenylamine（TPA） as the donor unit. The introduction of four cyano groups into the acceptor unit increased its electron-withdrawing strength. Considering that tripheny-lamine is a strong electron-donating group， we successfully pushed the emission of FCNPZ-TPA into Near Infra（NIR） region via the incorporation of strong donor and strong acceptor. The steric hindrance between donor（D） and acceptor（A） led to a twisted D-A molecular configuration of FCNPZ-TPA， and thus achieving a small singlet-triplet energy gap（ΔE_ST）. Due to the rigid molecular skeleton and small ΔE_ST， FCNPZ-TPA based organic light-emitting diode（OLED） exhibited a state-of-the-art maximum external quantum efficiency（EQE） of 8.01% at 742 nm when doped in the 4，4'-bis（N-carbazolyl）-1，1'-biphenyl.

Key words: Thermally activated delayed fluorescence, Near-infrared, Singlet-triplet energy gap, External quantum efficiency

中图分类号:

O621.22

TrendMD:

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图/表 9

Fig.1 1H NMR spectrum(CDCl3, 600 MHz)(A) and MALDI⁃TOF mass spectrum(B) of FCNPZ⁃TPA

Fig.2 Optimized structure(A), calculated frontier orbital distribution and energy levels(B) of FCNPZ⁃TPA

Fig.3 TGA(A) and DSC(B) curves of FCNPZ⁃TPA under nitrogen

Fig.4 Cyclic voltammograms of FCNPZ⁃TPA

Fig.5 Normalized UV⁃Vis absorption(a) and room temperature(298 K) fluorescence(b)(A) and low temperature(77 K) fluorescence(a) and phosphorescence spectra(b)(B) of FCNPZ⁃TPA in toluene(1×10-5 mol/L)

Fig.6 Transient PL decay curves of FCNPZ⁃TPA in doped CBP film

Fig.7 Schematic diagram of the device structure(A) and molecular structures of the materials employed in the devices(B)

Table 1 EL performance of FCNPZ-TPA based OLEDs

Doping ratio（%）	Voltage ^a /V	CE ^b /（cd·A^-1）	PE ^b /（lm·W^-1）	EQE ^b （%）	λ^b /nm
1	3.20	0.26	0.30	8.01	742
2	3.30	0.16	0.19	7.16	744
3	3.40	0.12	0.14	6.61	748
10	3.80	0.05	0.06	3.98	772

Fig.8 Normalized EL spectra curves of the FCNPZ⁃TPA(A), external quantum efficiency(EQE)⁃current density characteristics of the device(B), current density⁃voltage⁃luminance characteristics of the device(C) and current density⁃power efficiency⁃current efficiency of the device(D)

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