多重共振型熱活化延遲熒光（MR-TADF）材料由于其剛性發(fā)光骨架及獨(dú)特的短程電荷轉(zhuǎn)移特性表現(xiàn)出窄帶發(fā)光和高效率的優(yōu)勢(shì)，目前已成為有機(jī)電致發(fā)光領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。與此同時(shí)，得益于它們極大的摩爾消光系數(shù)和較小的三重態(tài)敏化過程能量損失，深圳大學(xué)楊楚羅教授課題組證實(shí)了該類材料也可以作為純有機(jī)三重態(tài)光敏劑應(yīng)用于三重態(tài)-三重態(tài)湮滅上轉(zhuǎn)換（TTA-UC）中（CCS Chem. 2022, 4, 3852-3863）。 然而，MR-TADF材料由于受到自旋禁阻的限制，單三重態(tài)間自旋翻轉(zhuǎn)過程往往較慢，極大制約了其光電性能。對(duì)于電致發(fā)光應(yīng)用而言，其較小的反向系間竄躍（RISC）速率導(dǎo)致三重態(tài)激子濃度積累和高亮度下明顯的效率滾降。對(duì)于上轉(zhuǎn)換應(yīng)用而言，其較低的系間竄躍（ISC）效率降低了三重態(tài)激子的存儲(chǔ)能力，導(dǎo)致上轉(zhuǎn)換量子產(chǎn)率低于10%?；谏鲜鲅芯勘尘?，如何開發(fā)具有高效自旋翻轉(zhuǎn)特性的MR-TADF分子，是當(dāng)前所面臨的關(guān)鍵問題與挑戰(zhàn)。
近日，深圳大學(xué)楊楚羅教授和曹嘯松助理教授團(tuán)隊(duì)合理設(shè)計(jì)了一種具有剛性結(jié)構(gòu)的新型含硒MR-TADF化合物BN-Se，利用硒元素的重原子效應(yīng)，在不影響輻射躍遷速率的前提下極大增強(qiáng)了單三重態(tài)間的自旋軌道耦合，進(jìn)而促進(jìn)了ISC及RISC過程。該材料罕見地同時(shí)表現(xiàn)出了高摩爾消光系數(shù)（ε = 2.6 × 104 M?1 cm?1）、窄譜帶發(fā)射（FWHM = 42 nm）、高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（ΦPL = 99%）、高輻射躍遷速率（kr = 1.4×108 s-1）、高ISC效率（ΦISC = 88%）以及高RISC速率（kRISC = 1.6×106 s-1）。作為發(fā)光客體，其優(yōu)異的發(fā)光性能和平衡的激子動(dòng)力學(xué)過程使得BN-Se在OLED器件中不僅實(shí)現(xiàn)了高外量子效率（32.6%），效率滾降也得到了有效抑制（1000 cd m-2時(shí)衰減僅為1%）。作為光敏劑單元，利用其高效的ISC過程和極低的固有能量損失，首次實(shí)現(xiàn)了藍(lán)光（>450 nm）到紫外（<350 nm）的上轉(zhuǎn)換過程，相應(yīng)上轉(zhuǎn)換量子產(chǎn)率高達(dá)21.4%，閾值強(qiáng)度低至1.3 mW cm?2，是已報(bào)道可見-紫外TTA-UC體系的最佳性能之一。
相關(guān)成果以“Manipulating Exciton Dynamics toward Simultaneous High-Efficiency Narrowband Electroluminescence and Photon Upconversion by Selenium-Incorporated Multi-Resonance Delayed Fluorescence Emitter”為題發(fā)表在JACS上（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 22976-22984）。深圳大學(xué)楊楚羅教授、曹嘯松助理教授、安徽師范大學(xué)魏亞雄博士為文章通訊作者，深圳大學(xué)為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)以及深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)的大力支持。全文鏈接見：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c09543。
（材料學(xué)院 供稿）
