基于螺旋自组装诱导发光增强的蓝光共轭聚合物

Chirality has shown a significant property to tune materials’ electronic delocalization properties and change the energy level of electronic vibration and spin. The incorporation of chiral moiety into room-temperature phosphorescence emitter can achieve self-assembly helical conformation, and control the inversion from phosphorescence to fluorescence. Therefore, chirality is vital for light-emitting materials. We introduce chiral alkyl-chain and room-temperature phosphorescence persulfurated aromatic emitter into blue light-emitting polymer poly( dibenzothiophene-S,S-dioxide-co-dioctyl-2,7-fluorene)(PFSO) side chain. chirality-driven π-π stacking can produce a self-assembly helical conformation, which restrain the electron vibration and result in the break of planar local excited state and π-π* excited state. These factors restrain the intersystem crossing (ISC) of persulfurated aromatic emitter, result in the change of light-emitting channel and the inversion from phosphorescence to fluorescence can be realized. The triplet state of persulfurated aromatic emitter is higher than that of PFSO, the inversion from fluorescence of persulfurated aromatic emitter to fluorescence of PFSO can be achieved, and the higher efficiency for chiral blue light-emitting conjugated polymers can be obtained.

手性诱导的螺旋自组装能够调节π-体系的电子离域性，改变分子的电子振动和转动能量，将其应用在室温磷光单元上，通过螺旋扭转能够调控磷光和荧光的转化，这对设计发光聚合物材料具有一定的指导意义。在蓝光聚合物聚（二苯并噻吩-S,S-二氧-co-二辛基-2,7-芴）（PFSO）的侧链引入手性基团和室温磷光单元六硫苯，侧链的手性基团能够诱导π-π堆叠而使得聚合物自组装成螺旋有序构型，使得分子振动受限，从而导致分子的平面局域激发态和π-π*激发态不连续，这些因素使得六硫苯原先的系间窜越行为受到抑制从而改变发光渠道，从磷光转化为荧光。由于六硫苯的三线态能级高于PFSO主链的三线态能级，再次实现从六硫苯的荧光转化为主链PFSO的荧光，最终实现手性蓝光共轭聚合物的高效率。

在过去的二十年间，聚合物发光二极管（PLED）由于具有低成本和溶液加工等性能，吸引了人们越来越多的关注。用于PLED发光层的红、绿、蓝三基色共轭聚合物材料中，与绿光和红光材料相比，蓝光聚合物材料由于其低的流明效率和差的光谱稳定性，其合成仍然是一个巨大的挑战。本研究项目中，我们围绕如何获得高效蓝光发射开展了一系列的工作：设计合成一系列含二苯并噻吩-S,S-二氧和咔唑单元的双极性蓝光共轭聚合物材料，通过调控电子和空穴传输平衡，将蓝光材料的发光效率提高到5cd/A以上。尝试设计合成基于二苯并噻吩-S,S-二氧单元的衍生物，并将其引入聚合物中，以调控材料的能级，改善发光效率和色纯度，获得了窄电致发光光谱的深蓝光共轭聚合物材料。设计合成不含二苯并噻吩-S,S-二氧单元的共轭聚合物，通过器件工程，以实现平衡的电荷传输，将器件发光效率提高到6cd/A以上。通过调控分子内电荷转移和温度诱导发光层分子定向实现高效蓝光发射，基于单层器件结构，蓝光材料的发光效率提高到7cd/A以上。通过调节共轭聚合物侧链长度以提高分子堆积，从而提高蓝光发光性能，基于单层器件结构，蓝光材料发光效率提高到目前报道的最高值8.36cd/A。