热致延迟荧光银(I)、锌(II)配合物的设计合成、光物理性质调控及发光器件研究

Luminescent metal complexes are promising emitters for organic light-emitting didoes. The research on luminescent inexpensive metal complexes are of fundamental importance to the understanding of excited state chemistry of metal complexes and of practical importance to the development of novel OLED emitters. In recent years, pure organic compounds and copper(I) complexes displaying thermally-activated delayed fluorescence (TADF) have shown comparable performances in OLEDs applications. This proposal is designed to develop silver (I) and zinc(II) complexes having high TADF efficiency. These complexes hold two main advantages as OLED emitters: (1) better thermal stability than pure organic emitters; (2) high emission efficiency arising from the absence of d-d states for d10 metal complexes. This proposal includes the design and syntheses of a variety of silver and zinc complexes having different charge-transfer excited states and time-resolved spectroscopic and computational studies on the complexes, through which we aim to gain a better understanding of the structure-photophysics relationship of inexpensive metal complexes and to develop novel TADF materials.

发光金属配合物是高效率有机发光二极管（OLED）发光材料的理想选择。研究基于廉价金属的发光配合物具有探索金属配合物激发态化学的基础科学意义和开发新型发光材料的实际应用意义。近年来基于热致延迟荧光（TADF）机理的的纯有机化合物和铜(I)配合物用于OLED显示出了与铱(III)、铂(II)配合物相当的优异性能。本项目拟开发基于TADF的银(I)和锌(II)配合物。这两类配合物用于发光材料具有两方面的优势：（1）与纯有机化合物相比，金属配合物具有更高的热、光稳定性；（2）与磷光铱(III)、铂(II)配合物相比，d10电子构型的配合物可以避免d-d态引发的激发态非辐射衰减，有利于获得高效率的发光。通过设计、合成具有不同激发态电荷转移属性的配体及相应的银(I)和锌(II)配合物，结合时间分辨光谱探测和理论计算手段，本项目将探索这两类配合物结构-光物理性质的关系，进而获得高效率TADF发光材料。

分子激发态通过结构调控能够呈现丰富的光物理和光化学性质，在有机发光二极管（OLED）、光化学转换、和生物成像等领域具有广阔的应用前景。其中，OLED显示技术凭借其高亮度、高效率、广视角、自主发光、轻、薄等特点目前已在手机、平板、智能穿戴设备等小尺寸领域率先获得普及应用，并持续渗透进入电视、车载显示屏等领域。然而，我国OLED产业的基础仍然较为薄弱，OLED上游关键材料和装备企业稀缺，产业配套严重脱节，对我国OLED产业链的技术创新和安全发展都构成严重的制约。本项目以OLED显示应用为导向，聚焦分子激发态材料的核心技术，凝练科学问题，获得了一系列在基础研究和产业领域均具有影响力的研究成果。（1）本项目选用满d壳层金属中心（锌、铜、银、金）的配合物通过合适的分子设计实现了高效率的磷光或者热活化延迟荧光（TADF）发射，用于OLED器件展现了良好的效率和应用前景。研究表明通过金属中心的相互作用或者利用TADF机制能够克服第一周期过渡金属的弱SOC效应实现高效率的三线态激子捕获。该研究成果有望结合金属配合物的稳定性优势和纯有机TADF发光机制的特性，在第二、三代材料的基础上实现材料的优势集成，且为拓展金属配合物基于非传统磷光性质的应用提供了思路。（2）本项目在几何分析的指导下设计开发了刚性的双核铂金属配配合物，获得了高效率的红光和金红外光发射，用于制备OLED器件获得了分别超过20%和15%的外量子效率，且显示了良好的器件寿命。（3）基于热活化延迟荧光（TADF）机制的纯有机化合物被认为能够大幅度降低材料成本，不依赖贵金属元素实现高效率的三线态激子利用。本项目在纯有机空间电荷转移激发态材料体系进行了一系列前沿探索，通过精准的分子结构调控首次论证了给-受体的“构型匹配”和“面对面”空间取向原则对于同时促进辐射跃迁和抑制非辐射跃迁的协同效应，获得了发光效率接近100%的发光材料，为设计高效率的纯有机TADF体系提供了新的思路。