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内容

台湾清华大学吴典霖教授团队:引入手性4,4'-联菲 -3,3'-二醇(BIPOL) 实现圆偏振热活化延迟荧光

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摘要

有机发光二极管(OLED)具有轻薄、可挠、广视角等优点,被视为下一代显示技术的明日之星。而圆偏振发光(CPL)材料因其在3D显示、光学传感器和光电子学等领域的广泛应用前景,近年来备受关注。特别是具有CPL特性的纯有机热活化延迟荧光(TADF)材料,因其理论上100%的内量子效率和额外的旋光特性,成为OLED领域的研究热点。 

国立清华大学化学系的吴典霖教授团队,首次将手性4,4′-联菲-3,3′-二醇(BIPOL)单元引入TADF框架,合成出两系列对映异构体:R/S-o-DCzBPNCNR/S-p-DCzBPNCN。研究发现,o-DCzBPNCN具有0.05 eV的窄单重态三重态能隙,高效的TADF,以及在掺杂薄膜中高达82%的光致发光量子产率(PLQY)。此外,R/S-o-DCzBPNCN在掺杂薄膜中展现出高达1.94×10-2 / +1.91×10-2 的发光不对称因子(gPL)。 

研究方法与结果

研究团队首先合成并纯化了对映纯的R/S-BIPOL前体,并通过两步合成R/S-o-DFBPNCNR/S-p-DFBPNCN,以及最终产品R/S-o-DCzBPNCNR/S-p-DCzBPNCN。值得注意的是,BIPOL基于的发射体展现出高度扭曲的构象,供体和受体之间存在较大的扭转角,这导致o-DCzBPNCNp-DCzBPNCN的单重态三重态能隙(ΔEST)分别为0.050.17 eV。此外,o-DCzBPNCNp-DCzBPNCN的反向系间窜越(RISC)速率分别为2.11×10^6 s^-12.90×10^5 s^-1

为了研究固态光致发光行为,研究团队将发射体分别掺杂到主体1,3-(9-咔唑基)(mCP)中。结果显示,10 wt% o-DCzBPNCN掺杂薄膜在535 nm处测得高达82%PLQY,这比p-DCzBPNCNPLQY=59%)和报导的BINOL基结构更高。 

旋光特性研究

研究团队利用圆二色性(CD)和CPL光谱研究了材料的旋光特性。结果显示,R/S-o-DCzBPNCNR/S-p-DCzBPNCN均观察到镜像的CD信号,在300350 nmn-π*/ππ*区域有明显的棉花效应,在400450 nmCT区域有较弱的棉花效应。值得注意的是,R/S-o-DCzBPNCNgPL值在掺杂薄膜中分别增加到1.94×10-2 / +1.91×10-2 

光焱科技设备的应用

本研究中,研究团队使用了光焱科技的光致发光与发光量子效率测试系统 (PLQY) LQ-100X-PL 进行材料的PLQY测试。LQ-100X-PL 采用紧凑的设计,搭配 4 吋外径 PTFE 材质的积分球,并整合 NIST 追溯的校准,让手套箱整合 PL PLQY 成为可能。助先进的仪表控制程序,LQ-100X-PL 可以进行原位时间 PL 光谱解析,并可产生 2D 3D 图表,帮助用户可以更快地表征材料在原位时间的变化。这些特性使得 LQ-100X-PL 成为研究 TADF 材料的理想工具。 

结论

吴典霖教授团队的研究成果为开发新型CP-TADF发射体提供了便捷且具有前景的策略。BIPOL基衍生物展现出优异的TADF特性、高PLQYCPL能力,有望在未来OLED显示技术中发挥重要作用。 

Reference 

Chemistry An Asian Journal , this article first published: 15 December 2023 

https://doi.org/10.1002/asia.202300940 

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