【JACS】7.23%外量子效率突破：机械互锁轮烷助力新型TADF发光体

文章标题：Interlocked Rotaxane Enables TADF with Distinct Excited-State Structural Relaxation
通讯作者：Orion Shih, Ken-Tsung Wong, Pi-Tai Chou
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c19031

文章概要

引言

热激活延迟荧光（TADF）因其能有效利用三重态激子而成为提升有机发光二极管（OLED）效率的重要策略。然而，传统的供体–受体（D/A）型超分子络合物往往因弱相互作用而在溶液中易解离，导致器件稳定性不足。为解决这一问题，研究团队提出利用机械互锁结构——轮烷（rotaxane）来实现稳定的TADF激发态复合物。这一设计不仅保持了弱D/A相互作用所需的空间电荷分离，还通过机械键提供了动力学稳定性，从而为深入研究激发态动力学及器件应用提供了理想平台。

主要实验及结论

研究团队合成了以三嗪笼（Trz-cage）为电子受体、卡唑衍生物为电子供体，并通过三苯甲基端基封端的轮烷结构（CT-Rotaxane）。单晶X射线衍射显示供体部分嵌入受体腔体，形成弱π–π堆积。光谱实验表明，该体系在溶液和固态均表现出明显的电荷转移型发射，中心波长约为505 nm，并伴随显著的斯托克斯位移。时间分辨光谱揭示其延迟荧光寿命在溶液中约为4.8 μs，在固态中约为4.7 μs，且伴随独特的结构弛豫过程：溶液中弛豫时间常数约264 ps，固态中延长至177 ns。理论计算进一步证实了激发态下供体沿滑动坐标的结构重排是导致光谱红移的关键机制。

在器件应用方面，CT-Rotaxane成功用于OLED发射层，表现出峰值外量子效率（EQE）7.23%，远高于非轮烷参比体系（仅0.29%）。更重要的是，其器件寿命（LT50）达到231.8分钟，是传统TrMe@Trz-cage体系的三倍以上，显示出机械互锁结构在提升稳定性方面的显著优势。

总结及展望

该研究首次实现了机械互锁轮烷型TADF激发态复合物，并揭示了其独特的激发态结构弛豫行为。通过结合实验与理论，研究团队不仅阐明了激发态动力学机制，还展示了其在OLED中的优异性能与稳定性。这一成果为设计高效、长寿命的有机发光材料提供了新思路，凸显了机械键在光电功能材料中的巨大潜力。未来，随着更多轮烷型TADF体系的开发，有望进一步拓展其在显示、照明及柔性电子器件中的应用，为高性能有机光电技术的发展开辟新路径。