热活化延迟荧光材料的合成及其在上转换中的应用

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近几十年来,有机光电材料因为其优异的性能受到了广泛的关注与研究,无论是材料的开发还是材料的进一步应用都具有非常重要的研究价值。有机光电材料在有机电致发光器件(OLED)中的应用是比较多的。得益于100%的内量子效率,热活化延迟荧光(TADF)材料受到了研究者的广泛关注。这一类材料在设计时为了能实现高效的反向系间窜跃(RISC)通常设计成D-A型的扭曲结构,以实现HOMO与LUMO有效的分离的同时满足较小的单三线态能级差((35))。但是由于前线轨道(FMOs)的重叠被减少了,分子的电荷转移(CT)态的吸收以及光致发光量子产率(PLQY)均有所降低。因此,发展同时具有较小的单三线态能级差、较强的电荷转移态吸收以及较高的量子产率的热活化延迟荧光材料具有重要的意义。另一方面,光致上转换(UC)因为在很多活跃的领域都有所应用,比如:生物成像、光伏等。目前使用的敏化剂大都是钌、铂、钯的金属配合物,并取得了较好的成果。环金属铱配合物因为其结构的多样性以及可调的激发态能级在OLED领域有着极其重要的作用,而作为三线态敏化剂则相对欠缺。当前以铱配合物为敏化剂的上转换体系中存在许多不足,比如:反斯托克斯位移不够大,体系几乎都是在无氧的有机溶剂中完成等。其次,发展纯有机的三线态敏化剂一直以来都是极具价值与挑战的课题。TADF材料由于有着很大的系间窜跃效率,可将其作为上转换敏化剂极具研究前景。针对上述的问题,本论文开展了以下研究。在第一章中,前半部分简单介绍了OLED的基本状况,包括发展进程、发光机理等。在后半部分主要介绍了TTA上转换的机理、评判参数以及敏化剂的发展历程。在第二章中,通过在苯环核的不同位点连接两个4-[10氢-吩噁嗪]苯甲腈(PXZ-PN)单元设计、合成得到了两个含有双发射核的热活化延迟荧光分子2,2’-DPXZ-PN和3,3’-DPXZ-PN。该双核设计有效地提高了分子的热稳定性,并且分子CT态的吸收以及荧光量子产率相对于单发射核对比分子(PXZ-PN)都有很大的提升。在第三章中,我们采用两个深红光的铱配合物(TP-BQ)2Ir(acac)和(TPA-BQ)2Ir(acac)作为TTA上转换中三线态敏化剂。两个化合物在可见光区域有较强的吸收和较长的三线态寿命,即使在有氧的溶剂中三线态也不会被完全猝灭,得到了97 nm的反斯托克斯位移以及有氧条件下14.9%上转换效率。在第四章中,我们选用了红光TADF材料BTZ-DMAC以及DPA分别作为敏化剂和湮灭剂。利用纯有机的敏化剂成功地实现了上转换过程,获得了97 nm的反斯托克斯位移以及1.9%的上转换量子产率。在第五章中,我们选用了延迟比例更高、寿命更长的橙红光的TADF材料(NAI-DPAC)作为三线态敏化剂,同样采用DPA作为湮灭剂,该体系在除氧的甲苯溶液中获得了高达14.3%的上转换量子产率,以及低至75.2 mW/cm2的激发光功率密度阈值。
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