热诱导延迟荧光共轭聚合物的合成与电致发光

Thermally activated delayed fluorescence (TADF) has emerged as a promising alternative for highly efficient organic light-emitting diodes (OLEDs), in which TADF emitters exhibit comparable performance with the noble metal complexes because they can harvest the triplet for delayed fluorescence through enhanced reverse intersystem crossing process from triplet to singlet. Based on our previous results and the fundamental requirements for efficient TADF materials, in this project we propose a new approach that only donors are fixed in backbone while acceptors are grafted in side-chain to form the twisted D-A structure. Accordingly, the monomers with potential TADF will be designed and synthesized, then react with aromatic monomers to afford conjugated polymers (CPs), remaining the same twisted angle as in the corresponding monomers. In the CPs the HOMO delocalized over the whole backbone and LUMO localized on the pendant group of acceptor can be spatially separated well to realize small exchange energy gap (∆EST) between the lowest singlet (S1) and triplet (T1), leading to the required up-conversion from T1 to S1. To further confirm the TADF character of CPs, polymeric OLEDs will be fabricated with a single layer device structure to investigate their electroluminescent performances. The CPs will be expected to be the low-cost solution-processable luminescent materials for OLED in the practical application.

热诱导延迟荧光(TADF)材料应用于有机电致发光器件(OLED)可有效提高器件发光效率、媲美贵金属磷光配合物。根据课题组前期工作基础、结合小分子TADF有机化合物的设计原则，本项目提出采用“主/侧链形成扭曲给体(D)-受体(A)结构”的研究思路，设计合成具有潜在TADF的聚合单体，与芳香类单体共聚，制备主链为给电子单元、侧链为拉电子单元的共轭聚合物。聚合物结构中，主链和侧链能够与相应的聚合单体一样保持一定的D/A扭转角，从而使HOMO和LUMO空间分离；HOMO离域于主链上，而LUMO则定域于侧链，通过主链三重态能级和侧链拉电子能力的调节、降低聚合物第一单重激发态和第一三重激发态间能隙(△EST)，实现共轭聚合物TADF。采用溶液加工方法制作器件，评价TADF共轭聚合物的发光性能。通过本项目的实施，有望获得具有自主知识产权、可溶液加工的高效TADF共轭聚合物发光材料。

与小分子热诱导延迟荧光(TADF)化合物相比，可溶液加工的聚合物TADF发光材料发展相对滞后，基于此，本项目主要聚焦于TADF共轭聚合物的设计合成及其发光性质研究。在国家自然科学基金资助下，课题组完成了八类TADF发光材料的设计合成，包括七个系列聚合物和一组化合物。由于给/受体分别位于主链/侧基，最高占有轨道和最低空轨道存在充分的空间分离，产生了小的第一单重激发态和第一三重激发态间能隙，因此本项目设计合成的所有聚合物均拥有TADF特征，并由光物理性质所证实；聚合物发光颜色覆盖绿光至红光区域，发光效率可通过调节TADF单元得到改善，延迟荧光寿命由于扩展的共轭作用、相对于对应的小分子缩短；溶液加工的电致发光器件拥有可媲美于小分子蒸镀器件的发光性能，包括高的发光效率和亮度、低的启亮驱动电压和效率滚降。以简单咔唑环为支架，发展了一类具有空间电荷转移特征、高分子量TADF化合物，它们具有高热稳定性和多重氢键作用的夹心三明治结构；溶液加工器件为绿光发射，实现了44900 cd m-2的高亮度和低至2.8 V的启亮电压，最大外量子效率(EQE)达24.3%；器件效率滚降小，即使在亮度为1000 cd m-2时EQE仍可达22.6%。这些结果预示着所获得TADF发光材料具有潜在的应用价值，相关验证工作正在进行中。