开发具有优异性能的新型有机电致发光材料是材料化学的一个重要目标。最近,热致延迟荧光（TADF）材料正在蓬勃发展成为用于有机发光二极管（OLED）和其他光电器件的极具潜力的下一代有机电致发光材料。TADF-OLED已经用于照明和显示技术以及传感应用和荧光显微镜。由于其通过有效的反向系间窜越（RISC）过程同时捕获单重态和三重态激发态来产生光,达到理论量子效率的最大化,因而代表了当前有机电子学研究的一个活跃领域。最低单重态（S₁）和三重态（T₁）激发态之间小的能级差(ΔE_ST)是衡量TADF高效率并可能提高器件内量子效率（IQE）的重要标准。在Adachi等人研制了具有优良性能的TADF-OLED器件之后,基于分子设计的架构理念取得了巨大的进步和蓬勃发展。尽管在设计具有高光致发光量子产率（PLQY）的TADF材料和验证其在具有高外量子效率（EQE）的OLED器件中的适应性方面都取得了显着成就,但是必须指出有机TADF材料的深层设计需要通过密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）来辅助,用以揭示内在机制,提高设计效率。到目前为止,还没有完美的设计规则来解释有关略微不同的核心结构间较大的光物理差异。因此,本论文的主题是通过不同结构形态来构建和设计新型给-受体有机TADF材料,以用于OLED和其他光电器件,达到改善电子,光学,电荷转移和和相关物理化学性质的目的。该研究涉及在光子学,电子学和信息技术领域中改善具有独特性质的TADF材料的结构,电子,光学,电荷转移和激发等特性。基于如上考量,开展本论文,具体包括:第一章包括TADF和OLED的详细介绍和背景描述,以及TADF材料的设计原则和未来面对的挑战。第二章包括基于量子化学计算的有机电致发光材料的计算方法和基本理论。第三章中,通过DPS受体单元处的CH/N和H/CN取代,设计了一系列基于10,10-二甲基-5,10-二氢-吡啶并[4,3-b][1,6]二氮杂萘-二苯基砜（DMDHNP-DPS,1a）的衍生物意在获得蓝色TADF材料。其中,母体分子1a选自我们之前的研究报道,并在DMAC给体片段上进行CH/N取代。研究表明,最高占据分子轨道（HOMO）和最低空分子轨道（LUMO）分别主要分布在DMDHNP给体和DPS受体单元上,导致HOMO-LUMO之间略微重叠,因此单重态-三重态能极差(ΔE_ST)较小。空间位阻使得给体DMDHNP平面与取代衍生物中的受体DPS部分之间产生较大的二面角（≈82°-89°）。计算结果表明,H/CN取代衍生物的ΔE_ST值小于相应CH/N衍生物的ΔE_ST值,这有利于其从最低激发三重态（T₁）到最低激发单重态（S₁）的反向系间窜越（RISC）过程,并最终到达基态（S₀）导致延迟发射。发现所有设计分子的发射波长(λ_em)在397-497 nm范围内。在DPA的邻位和间位处引入-N=原子或-CN基团降低了S₁态中LUMO→HOMO的跃迁能量,因而发生红移。此外,随着-N=原子数或-CN基团数的增加,λ_em值显示出更大的红移。两个设计的分子1h和1i显示天蓝色发射（494和497 nm）,另外所研究的四种化合物1c,1d,1f,和1g显示蓝色发射（发射波长分别为416,447,437和432 nm）,表明这些衍生物是有效的天蓝色至蓝色TADF候选材料。在所有研究的衍生物中,所设计分子1f和1g兼具较小ΔE_ST值（分别为0.02和0.03 eV）以及适当的λ_em值（分别为437和432 nm）使它们成为蓝色TADF材料的优异候选材料。我们的研究工作为将来构建高效蓝光TADF OLED材料提供理论支持。第四章中,以TPA-QNX（CN）2作为母体,通过给体片段的结构修饰,设计了一系列分子,用以调节发光颜色。所有设计的分子都具有相同的二氰基喹喔啉（QNX（CN）2）受体单元和不同的给体单元,给体单元包括N-苯基咔唑（PhCz）,N-苯基吩恶嗪（PPXZ）和9,9-二甲基-10-苯基吖啶（DMPA）等。通过量子化学方法,研究了各种给电子能力的给体片段对单-三重态能级差(ΔE_ST)和发射波长(λ_em)的影响。计算结果表明,随着给体片段的给电子能力增加,S₁态和最低T₁态之间的能级差(ΔE_S1-T1)减小,并且对于具有相同受体的分子,λ_em红移。类似地,¹CT-³CT态劈裂(ΔE_ST（CT）)随着苯环和不同给体片段之间的扭转角（β₁和β₂）增大而降低。因此,我们在确保小的ΔE_ST（CT）值（0.01-0.05 eV）同时,可通过给体部分的结构修饰实现在宽发射范围（433-609 nm）内的有效颜色调整。最后,第五章中,使用DFT/TD-DFT研究了给受体连接桥在传统D-A型TADF材料中对电子、电荷传输和光物理性质的影响。研究表明基于给体-连接桥-受体-连接桥-给体（D-L-A-L-D）框架的TADF材料的独特分子设计结构,其可以用作OLED材料前驱体。与传统的D-A型TADF材料不同,D-L-A-L-D结构设计避免了D和A片段之间的直接耦合,进而允许HOMO和LUMO在空间上的分离。这使得HOMO和LUMO之间的重叠减少,从而实现相当小的ΔE_ST和高荧光量子产率（Φ）。我们的研究结果表明,在分子内电荷转移（ICT）化合物中,通过调控D和A片段之间的连接桥是实现小ΔE_ST的一种有效方法。在此,我们设计了一系列具有不同给受体片段的有机电致发光D-L-A-L-D型分子。在D和A片段之间利用两种类型的连接桥,即π-共轭亚苯基（-C₆H₄-）和脂族烷基链或σ-间隔基（-CH₂-和-CH₂-CH₂-）。原则上,D-π-A-π-D-型分子中的共轭和D-σ-A-σ-D型分子中的超共轭有利于HOMO和LUMO的空间分离,进而使得ΔE_ST降低。除了DPA-DPS-C₆H₄和BTPA-DPS-C₆H₄显示红移之外,所有设计的分子在直接连接的母体分子上的发射波长中显示蓝移。所有TADF分子均表现出蓝紫色至绿黄色（376-566 nm）的发光。其他影响发光量子产率效率的重要性质,如电子激发分析,斯托克斯位移,激子结合能,垂直和绝热电子亲和力和电离势,以及重组能（空穴和电子）也通过DFT和TD-DFT计算进行探索。我们相信,我们的工作将为设计高效的基于TADF的OLED材料提供简单而独特的策略。