以增强反系间窜越提高激子利用率为目标的D–A结构共轭有机荧光分子体系的设计、合成及光电性质研究

High exciton population in the emitting states is a crucial factor for highly efficient organic light-emitting diodes (OLED), and transferring triplet excitons to singlet through reverse intersystem crossing (RISC) could improve OLED’s efficiency. However, organic luminogens with both high RISC rate and high fluorescence efficiency are still rare at present. In this project, we have proposed to construct a series of novel donor–acceptor-type molecules with phenothiazine as the donor and oxadiazole or imidazole as the acceptor units, and their photo-physical and electroluminescence properties are investigated. The intramolecular charge transfer effects and the spatially separation characteristics of frontier molecular obitals have been enhanced and adjusted by changing the strength of donor and/or acceptor moieties, the spacing unit between donor and acceptor moieties, the distorted degree of molecular backbone, and the symmetry of conjugation skeleton. These systemically multi-dimensional and multi-scale changes in molecular structures are in favor of the investigation on the relationships between molecular structures and material properties and the development of novel conjugated organic luminogens with high EL performances benefited from RISC of triplet exciton population. This molecular design could adjust the energy gaps among excitation states and provide unique dislocation energy level and electronic configuration to facilitate RISC rate and find new RISC mechanism, which should promote the progress of new principle light-emitting materials and devices.

有效促进三线态激子反系间窜越（RISC）到单线态发光，是获取高激子利用率电致荧光器件的重要途径，但目前兼具高RISC速率和高发光效率的材料体系有限。本项目在分析借鉴国内外最新相关研究成果和申请人实验探索基础上，首次提出构筑以吩噻嗪为电子给体（D）、噁二唑或咪唑为电子受体（A）的多个系列D–A型共轭有机荧光分子，希望通过多维多尺度系统变化给体和/或受体强度、给体-受体单元之间共轭桥和相对扭曲程度、以及共轭骨架对称性等途径，强化和调控分子内电荷转移效应和前线分子轨道定域分离特性，创建有利于RISC的错位能级、电子组态和态间能隙，探索促进RISC速率的新途径，开发新型高激子利用效率共轭有机电致荧光材料体系，制备和研究它们掺杂和非掺杂电致发光器件性能，建立分子结构与发光性质之间的关系，推动新原理发光材料与器件发展。

新一代纯有机荧光分子具有高效、低成本等优势，在有机显示和照明等领域具有重要的现实和潜在应用。开发有效促进共轭有机荧光材料中的三线态激子向单线态进行反系间窜越和获得高激子利用率、高效率新型有机电致荧光材料具有重要的理论和实际意义。然而，这一领域尚处于研究开发的初始阶段，不仅对其现象本质的揭示和理解不够，D/A间的距离和扭曲角、T/S电子组态和态间能隙等与器件效能之间的关系尚不明确，而且材料的种类和数量有限，所见报道大都是孤立的事件，材料设计思想的普适性有待验证。本项目基于“具有独特电子结构的吩噻嗪基元为给体，以有效促进三线态激子反系间窜越（RISC）到单线态发光，获取高激子利用率电致荧光器件的重要途径作为研究的出发点”，从分子设计合成到光物理过程及电致发光器件应用研究”为科学目标，围绕“新型材料结构与效能”研究主线，以高性能有机D-A荧光分子为材料体系，开展了调控给体和/或受体强度、给体-受体单元之间共轭桥和相对扭曲程度、以及共轭骨架对称性，光物理过程、荧光性质及电致发光器件等方面一系列研究工作，已发表SCI学术论文27篇，取得了一系列创新性成果：.（1）首次设计合成了基于吩噻嗪为强给体、噁二唑、咪唑、苯并噻二唑等为受体，通过调控受体种类以及吩噻嗪3,6,10-位取代位置，获得了系列基于吩噻嗪为给体的高性能有机发光分子（蓝光、红光），系统研究了其光物理性质、电致发光器件性质以及构效间的关系，获得了高效率、高激子利用率的有机电致发光器件。.（2）基于本项目的研究内容, 发展了系列多功能有机发光分子体系，研究了结构微调对发光分子聚集态性质、荧光性质、压致荧光变色性质、双光子吸收及荧光传感等性质的影响规律。同时扩展了项目研究内容，探索了新的研究方向，衍生出了新的研究课题。