给受体型热致延迟荧光金属配合物的设计合成及电致发光性质研究

Organic electroluminescent materials with thermally activated delayed fluorescence (TADF) have become a hot research area in organic light-emitting diodes during recent years, but they usually suffered from serious exciton-exciton quenching effect under high current density in devices. Aimed to solve this problem, new-concept donor-acceptor-type metal-complex was designed and synthesized in order to achieve a short-lifetime TADF through a way of accelerating the reverse inter-system crossing (RISC) rate under the assistant of heavy atom effect. Firstly, donor-acceptor organic ligands with TADF are obtained by the adjustment of the relative electron-withdraw ability of donor and acceptor moieties. Then different cheap metal atoms are introduced into the ligands to form the donor-acceptor-type metal-complex, and their TADF properties will be fully investigated, with the influence of metal atom on the RISC process and TADF lifetime to be revealed. Finally, the electroluminescence properties of metal complex will be characterized, and the relationships between the structure, TADF property and electroluminescence performance of donor-acceptor-type metal complex will be explored, to provide theoretical basis and experimental data for improving organic electroluminescent materials with high and stable performance as well as low cost.

热致延迟荧光（TADF）有机分子近年来成为有机电致发光材料研究领域中新的热点，但其器件在高电荷密度下普遍存在严重的激子-激子淬灭问题。本项目拟设计合成一种新型的给受体型TADF金属配合物，利用配位金属的重原子效应来加快反系间窜越速率，进一步缩短TADF的寿命，以期解决其激子-激子淬灭问题。首先通过给受体推拉电子能力的调节等方式，对有机配体的热致延迟荧光性质进行调控，然后引入不同种类的廉价金属原子形成金属配合物，研究给受体型金属配合物的TADF性质，揭示金属重原子的引入对TADF的反系间窜越过程及其发射寿命的影响规律。最后对配合物的电致发光性能进行表征，阐明给受体型金属配合物的材料结构-TADF性质-电致发光性能之间的关系，为设计合成高效稳定低成本的电致发光材料提供理论基础和实验依据。

开发一种新型的可高效利用三线态激子的发光材料，是解决电致发光激子猝灭问题的关键途径之一。本项目所设计的给受体型材料在分子结构中存在一个推电子能力较强的给体基团，构筑给体与受体基团之间强的电荷转移（CT）跃迁，同时引入重原子金属中心或阴离子形成重原子效应来促进CT三线态激子与单线态激子的自旋翻转，研究材料分子结构（CT强度和重原子效应）对其激发态及相关发光性质的影响是重中之重。.设计合成了一系列基于三嗪、吡啶、咪唑等结构的有机D-A分子及金属配合物。发现以咪唑为配体的金属配合物具有较高的发光效率，同时具有少见的配合物AIE性质。而基于咔唑吡啶结构的离子型有机D-A分子材料在聚集态表现出长寿命的室温磷光性质，效率高达30%，其PMMA掺杂膜则表现出单分子磷光性质，通过含不同阴离子的材料发光性质，研究了阴离子重原子效应对CT激发态发光性质的影响，发现重原子效应能促进CT三线态与单线态激子间的自旋翻转而不改变分子的能级结构，这为将来设计高效稳定的可利用三线态激子的电致发光材料提供了理论基础和实验依据。研究过程中同时发现了咪唑基金属配合物的新型光氧化反应，并提出了可能的反应机理，且光氧化反应所获得的二酰胺类配合物也是一种优异的AIE发光材料。该类新型光氧化反应在基于咪唑结构的有机D-A分子中同样被发现，并通过深入研究明确提出了其光氧化反应机理。由于光氧化反应产物的发光较咪唑原料有较大红移，且反应速率很快，这类咪唑类有机D-A分子材料被作为荧光探针用来探测痕量氧，氧含量的最小探测浓度可达到0.2%（v/v）。咪唑类有机D-A分子及金属配合物光氧化反应的研究对咪唑衍生物的结构设计具有指导意义，有利于获得高稳定性的咪唑类有机D-A分子及金属配合物材料。另外在含双键的有机D-A分子体系中，发现电荷转移跃迁对激发态双键的异构化反应影响较大，电荷转移激发态有利双键异构构型的稳定，为双键构型稳定的分子结构设计提供了指导依据。