Fluolab【Angew.Chem.】打破发光和非发光的禁制，荧光效率超过90%的新型五氮菲啰啉OLED材料
简介
本研究致力于提升五氮菲啰啉（5AP）衍生物的荧光性能。由于5AP的电子跃迁在对称性上受到限制，其荧光效率较低。研究者通过设计供体-5AP-受体型分子，成功将非发光的5AP转化为高效发光材料，为未来有机发光二极管（OLED）材料开发奠定了基础。
摘要
研究者合成了两种新的5AP衍生物：Pyr-5AP-CF₃和Pyr-5AP-CN，并采用量子化学计算分析其发光机理。实验结果显示，两种新分子在固态膜中的光致发光量子产率（PLQY）分别达到83.5%和90.6%，远高于此前报道的5AP衍生物（通常不超过8%）。这些分子不仅提高了光跃迁的允许性，还展现出较快的辐射衰减速率和极窄的发射光谱。这一突破有助于OLED发射材料的优化。
研究结果与讨论
分子设计与量子化学计算
研究者采用供体-受体结构设计新型5AP衍生物，以增加最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）的空间重叠度，从而提高荧光效率。计算结果表明，这一设计策略有效降低了单线态（S₁）与三线态（T₁）之间的能量差（ΔE_ST），并显著增强了跃迁偶极矩，使禁忌跃迁变得允许。
光致发光性能
实验测定了Pyr-5AP-CF₃和Pyr-5AP-CN的紫外-可见吸收光谱及荧光光谱。两种分子在固态膜中的PLQY分别为83.5%和90.6%，远高于其他已报道的5AP衍生物。这一改进归因于供体-受体结构的引入，使HOMO与LUMO的电子分布更均匀，从而增强了跃迁强度。此外，这些分子的荧光衰减速率高达10⁸ s⁻¹，说明它们的发光效率极高。
瞬态荧光特性
Pyr-5AP-CF₃和Pyr-5AP-CN在惰性气氛下显示出显著的延迟荧光现象，其延迟荧光寿命（τ_d）分别为9.5微秒和7.5微秒。两者的辐射跃迁速率（k_r）均远高于内部系间窜跃（ISC）速率（k_ISC），进一步证明其高效荧光特性。相比之下，Pyr-5AP-Br由于非辐射衰变速率高，导致其PLQY低至4.0%，从而进一步确认供体-受体修饰对荧光性能的促进作用。
应用前景
研究者在CBP基质中对Pyr-5AP-CF₃和Pyr-5AP-CN进行掺杂测试，结果显示其PLQY分别为83.5%和90.6%。同时，它们的发射光谱展现出极窄的全宽半高（FWHM），说明该设计不仅提高了荧光效率，还优化了光谱纯度。这些发现为OLED发光层材料设计提供了新的方向。
结论
本研究提出了一种有效提升5AP衍生物荧光效率的方法。通过供体-受体分子设计，成功打破S₀-S₁跃迁的禁忌性，实现了高亮度、高纯度的发光性能。这一突破不仅在OLED技术中具有广泛应用前景，也有助于发展新型热激活延迟荧光（TADF）发射体与反转单-三激发态（iST）材料，为未来高性能有机发光材料的开发提供了坚实的理论与实验基础。