探索空间内电荷转移（through-space charge transfer, TSCT）激发态以设计热活化延迟荧光（thermally activated delayed fluorescence, TADF）发光分子在有机发光二极管（OLEDs）领域引起了越来越多的关注。在本工作中，我们设计并合成了两种TSCT-TADF分子，分别命名为2DPXZ-QX和2DPXZ-DFQX，它们具有由两个咔唑桥支撑的“供体–受体–供体”（D-A-D）三明治结构。以二苯并苯嗪（QX）及其氟代衍生物（DFQX）作为受体，氧桥联三苯胺（DPXZ）作为供体。单晶X射线结构表明，每个分子中的两个供体与受体呈面对面排列，由此产生显著的分子内π–π相互作用。在1,3-二(N-咔唑基)苯（mCP）掺杂薄膜中，2DPXZ-QX和2DPXZ-DFQX的光致发光峰值波长（λ_PL）分别为595 nm和600 nm，其光致发光量子效率（PLQY）分别达到67 %和54 %。延迟荧光寿命分别为8.8 μs和6.7 μs。基于这两种三明治型发光分子的OLED器件最高外量子效率（EQE_max）可达19.1%。

图   1   （a）与（b）分别是2DPXZ-QX和2DPXZ-DFQX的单晶结构示意图，图中标出了供体与受体间关键的短距离π–π堆积；（c）与（d）分别为2DPXZ-QX和2DPXZ-DFQX的RDG（reduced density gradient）分析，绿色区域表明强π–π相互作用。

图   2   （a）与（b）分别是2DPXZ-QX与2DPXZ-DFQX的前沿分子轨道分布及激发态能级示意图。

图   3    在二氯甲烷（DCM）溶液中2DPXZ-QX与2DPXZ-DFQX对Ag/AgCl（参比电极（E₁/₂(Fc⁺/Fc)=0.47 V）进行循环伏安测试的伏安曲线

图   4    (a) 2DPXZ-QX与2DPXZ-DFQX在甲苯（浓度10⁻⁵ M）中的紫外–可见吸收光谱；(b) 2DPXZ-QX在不同溶剂（10⁻⁵ M，298 K）中的发射光谱；(c) 2DPXZ-DFQX在不同溶剂（10⁻⁵ M，298 K）中的发射光谱。

图   5   (a) 2DPXZ-QX与2DPXZ-DFQX在多种掺杂主体中的稳态光致发光光谱（298 K）；(b) 2DPXZ-QX与2DPXZ-DFQX在多种主体中的磷光光谱（77 K）；(c) 2DPXZ-QX与2DPXZ-DFQX在mCP薄膜中的瞬态光致发光特性（298 K）。

图   6   (a) 以2DPXZ-QX为发射体的OLED器件结构示意图；(b) 器件中所用各有机材料的化学结构；(c) 2DPXZ-QX器件的电致发光（EL）光谱；(d) 2DPXZ-QX器件的外量子效率–亮度曲线；(e) 2DPXZ-QX器件的电流密度–电压–亮度特性曲线。

论文信息:

标题：Sandwich-type thermally activated delayed fluorescence molecules with through-space charge transfer excited state for red OLEDs

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.orgel.2024.107114