四配位铂磷光发射体结构与光物理性质关系的理论研究

doi:10.7503/cjcu20210175

摘要/Abstract

摘要：

定量理解光物理过程对于开发新型高效发射极至关重要. 优化提升二价铂配合物磷光量子效率是提升基于金属铂有机发光二极管发光效率的关键. 本文借助密度泛函理论计算, 探讨了一类平面四齿配位二价铂配合物磷光辐射的微观机制, 包括自旋轨道耦合积分、辐射寿命、速率常数、跃迁偶极矩和隙间蹿跃通道. 综合研究发现，沿着N→Pt方向推电子，可有效屏蔽非辐射跃迁过程，从而提升磷光发射效率. 本文将为高效发射器的分子工程学设计提供必要的指导.

关键词: 密度泛函理论, 旋轨耦合, 辐射速率, 隙间蹿跃

Abstract:

Quantitative comprehension of the photophysical process is essential for developing novel highly efficient emitters. Improving the photoluminescence quantum efficiency of Pt（Ⅱ） complexes is the key to their application as emitters in organic light-emitting diodes（OLEDs）. With the help of density functional theory（DFT） calculation， the current contribution addresses the microscopic mechanisms of phosphorescence for Pt（Ⅱ） complexes including calculations of the spin-orbit couplings integrals， radiative lifetime， rate constants， transition dipole moments， and intersystem crossing（ISC） channels. We found that pushing electrons in N→Pt direction can effectively shield the non-radiative decay process， thereby improving the phosphorescence emission efficiency. This work would provide useful insight into the molecular engineering for high- efficient emitters.

Key words: Density functional theory, Spin-orbit coupling, Radiative decay rate constant, Intersystem crossing

中图分类号:

O641

TrendMD:

王建, 张红星. 四配位铂磷光发射体结构与光物理性质关系的理论研究. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2245.

WANG Jian, ZHANG Hongxing. Theoretical Study on the Structural-photophysical Relationships of Tetra-Pt Phosphorescent Emitters. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(7): 2245.

图/表 6

Fig.1 Chemical structures of tetra?Pt complexes

Fig.2 Optimized ground state geometry, PBE0/LanL2TZ(f); 6?311G(d,p) level of theory

Table 1 Metal bond length(nm) and dihedral angles(o) between aromatic groups and ligand in ground state and the lowest triplet excited state

Species	tetra?Pt?1		tetra?Pt?2		tetra?Pt?3
Species	$S 0$	$T 1$	$S 0$	$T 1$	$S 0$	$T 1$
Pt—O	0.20634	0.20952	0.20597	0.20615	0.20587	0.20447
Pt—N1	0.19904	0.19793	0.19943	0.19802	0.19957	0.19823
Pt—C	0.18918	0.18954	0.18925	0.18972	0.18924	0.18954
Pt—N2	0.20427	0.20522	0.20379	0.20499	0.20380	0.20522
Arylpyridine^*	37.0	18.7	36.2	21.8	86.0	64.0

Table 1 Metal bond length(nm) and dihedral angles(o) between aromatic groups and ligand in ground state and the lowest triplet excited state

Species	tetra?Pt?1		tetra?Pt?2		tetra?Pt?3
Species	$S 0$	$T 1$	$S 0$	$T 1$	$S 0$	$T 1$
Pt—O	0.20634	0.20952	0.20597	0.20615	0.20587	0.20447
Pt—N1	0.19904	0.19793	0.19943	0.19802	0.19957	0.19823
Pt—C	0.18918	0.18954	0.18925	0.18972	0.18924	0.18954
Pt—N2	0.20427	0.20522	0.20379	0.20499	0.20380	0.20522
Arylpyridine^*	37.0	18.7	36.2	21.8	86.0	64.0

Table 2 Calculated emission values(Eem), radiative and non-radiative decay rate constants from T1 to S0 state(1×104 s-1), together with available experimental values[34,35]

Species	E_em/nm			k^a_r	k^b_nr	k_r（expt.）	k_nr（expt.）
Species	ADF	ΔSCF	TD?DFT	k^a_r	k^b_nr	k_r（expt.）	k_nr（expt.）
tetra?Pt?1	575.65	562.79	531.65	11.01	38.76	10.4	31.3
tetra?Pt?2	504.41	518.99	488.45	14.78	0.24	24.3	2.7
tetra?Pt?3	490.84	500.46	484.62	16.85	0.47	21.8	3.8

Fig.3 Molecular orbitals contributing to the observed emission

Fig.4 Excited state energy(eV) levelsThe bold black arrow indicates the fastest ISC channel.

参考文献 2

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