【材料】苏仕健团队Angew：温和的多氯代方法助力高效的双TADF有机电致发光器件- 大数跨境

【材料】苏仕健团队Angew：温和的多氯代方法助力高效的双TADF有机电致发光器件

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2023-08-17

导读：华南理工大学苏仕健教授课题组发展了一种温和的方法合成了具有高发光效率的多氯代氮/羰基稠环化合物

多氯取代的芳香稠环化合物在有机太阳能电池和有机场效应晶体管等有机光电领域展现出广阔的前景，然而，其在发光领域的研究却鲜有报道。这主要是由于氯原子引入通常会导致非辐射跃迁增强，从而降低材料的光致发光量子效率。尽管目前有少量报道通过分子内/间弱相互作用的调控来提高光致发光量子效率，但在同一苯环中同时引入多个氯原子具有较大的合成难度。这是因为单个氯原子引入后会极大地降低苯环的给电性，需要剧烈的反应条件（如高温和强氧化剂）来完成多个氯原子的引入，所以常用的亲电取代方法无法实现多氯化的芳香稠环化合物的合成。

针对以上关键问题，华南理工大学苏仕健教授课题组发展了一种温和的方法合成了具有高发光效率的多氯代氮/羰基稠环化合物（如图1所示）。多氯代反应的实现倚赖于电子给体-受体（EDA）复合物的参与。研究表明，与非氯代对比分子相比，多氯代化合物JY-2-Cl具有较高的光致发光量子效率，并表现出明亮的双发射现象。其中两个发射组分均具有热活化延迟荧光（TADF）特性，基于此成功制备了高效蒸镀型有机发光二极管器件，实现了29.1%的最大外量子效率。

图1. 目标分子的结构设计及合成路径

如图2所示，四个分子在甲苯溶液中均表现出单发射现象。在掺杂薄膜中，JY-2-Cl则展现出双发射现象，通过时间分辨瞬态光谱和不同掺杂浓度的PL光谱，结合单晶结构以及理论计算分析，可以证明两个发射峰分别来自化合物单体和二聚体的发光。接着，通过变温瞬态衰减特性证明了其TADF性质。

图2. 光物理性质表征

通过X-射线单晶衍射结果分析发现，氯原子的引入增强了分子内/间的相互作用，从而促进了二聚体的形成。在薄膜状态下不仅能促进二聚体的形成，而且能有效地抑制非辐射失活过程，从而提高分子的光致发光量子效率。通过理论计算可以发现，JY-2-Cl的单体相比于JY-1-Cl具有更小的单三线态能级差（ΔE_ST），从而解释了JY-2-Cl单体的TADF性质。两个含氯分子的二聚体均具有较小的单三线态能级差，而JY-1-Cl二聚体S₁→ S₀的振子强度接近于零，JY-2-Cl二聚体则具有较大的振子强度，因此，只有JY-2-Cl能表现出高效的双TADF发射现象。

图3. JY-1-Cl和JY-2-Cl的单体和二聚体的单、三线态能级

最终，制备了相应的蒸镀型有机发光二极管器件（如图4所示）。值得注意的是，基于JY-2-Cl的器件仍展现出类似于材料本征的双发射光谱，并通过瞬态电致发光光谱证明了其和光物理表征一致的TADF性质。得益于TADF特性带来的高激子利用率及发光层较高的光致发光量子效率，器件实现了高达29.1%的最大外量子效率，这也是目前纯有机电致发光器件中具有双发射特性的最高效率。

图4. 有机电致发光器件性能

这项工作提供了一种新的多氯化芳香化合物的合成方法，并展现了含氯材料在有机发光领域的巨大潜力。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章第一作者是华南理工大学博士生焦一航，通讯作者为邱伟栋博士和苏仕健教授。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委和广东省基础与应用基础研究基金委的大力支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Mild Synthesis of Polychlorinated Arenes for Efficient Organic Light-emitting Diodes with Dual Thermally Activated Delayed Fluorescence

Yihang Jiao, Zijian Chen, Weidong Qiu,* Hongwei Xie, Jiaji Yang, Xiaomei Peng, Wentao Xie, Qing Gu, Mengke Li, Kunkun Liu, and Shi-Jian Su*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202309104

导师介绍

苏仕健

https://www.x-mol.com/university/faculty/23512

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