螺芴氧杂蒽型有机分子的延迟荧光发射与器件

The thermally-activated delayed fluorescence (TADF)-based material is a novel molecule that harvests 100% excitons for organic light-emitting diode (OLED), possessing low price and favorable stability compared with phosphorescent complexes. Herein, we will focus on structural modification to prepare spirofluorenexanthene (SFX)-based materials through green and fast process for studying unclear molecular design and low luminescent efficiency in exciplex-TADF. On the basis of former work as well as utilizing the steric hindrance, we will perform structural analysis together with theoretical calculation and construct reasonable molecular design strategy for SFX-TADF molecules. Subsequently, high efficient, stable and cheap SFX-based OLEDs will be fabricated, which are expected to provide favorable guide for developing high-performance organic semiconductors and devices.

继磷光配合物之后，廉价、稳定的热活化延迟荧光(thermally-activated delayed fluorescence, TADF)分子成为新一代实现100%激子利用率的有机电致发光器件（organic light-emitting diode, OLED）的候选材料。本项目拟以绿色、快捷获得的螺芴氧杂蒽（spirofluorenexanthene, SFX）为骨架，开展TADF材料主体与客体材料设计，借助结构分析与理论计算，构建合理SFX-TADF分子设计策略；期望利用其独特的空间位阻构型骨架研究分子结构与TADF激子参数的关系，研究存在exciplex-TADF类光电材料设计策略不明确，发光效率不高等问题。最终利用良好的发光效率等优势，经功能结构修饰构筑高效、稳定、廉价的SFX类TADF-OLED材料与发光器件，从而为开发高性能OLED显示与照明材料提供指导。

激基复合物延迟荧光(exciplex-thermally activated delayed fluorescence, exciplex-TADF)已成为目前构筑高性能、低成本发光器件的一种重要选择，却面临电子受体材料种类较为匮乏，分子设计体系受限，合成步骤繁琐等问题。基于此，本项目以绿色、快捷获得的螺芴氧杂蒽(spiro[fluorine-9,9′-xanthene], SFX)为骨架，开展了新型SFX基电子受体材料的设计与合成，实现了exciplex-TADF器件的制备。主要研究内容、结果、关键数据及其科学意义如下：（1）开发出首例具有exciplex-TADF发射性质的SFX基电子受体材料，获得了31%的光致发光效率和8.2 cd/A的电致发光效率，其延迟荧光的寿命长达4.7 μs。该工作拓宽了exciplex-TADF电子受体材料的研究范畴，丰富了受体材料的分子设计体系。（2）开展了四氰基取代的SFX基受体材料的合成及其exciplex-TADF性质研究，获得了29%的光致发光效率和6.0 cd/A的电致发光效率，为深入认识exciplex-TADF性质与SFX结构修饰之间的关系奠定了基础。（3）开展了咔唑取代的SFX基电子受体材料的合成，初步探索了材料的发光性质与分子结构、固态堆积等因素之间的关系，为后期SFX基受体材料的分子修饰与性能调控提供了参考。（4）开展了基于螺环芳烃半导体材料的光学性质的理论研究，揭示了芴基半导体材料中环张力因素对材料光学性能的影响，为今后理性设计、定向合成高性能螺环芳烃半导体材料（电子受体材料）提供了重要的理论依据。（5）另外，为了更好地评估所开发的SFX基电子受体材料的exciplex-TADF的性质水平以及所采用的器件制备平台的性能情况，我们制备了两个磷光发射器件作为对比，获得了6.6 cd/A的电流效率，进一步证明了我们所开发的受体材料具有较好的发光性能。项目实施期间，负责人在Dyes and Pigments, Nanoscale等杂志上发表SCI论文5篇，申请发明专利2项，指导和培养了硕士毕业研究生2名。