近日，我院分子光子学研究团队的王传奎教授、蔺丽丽教授、范建忠副教授和博士研究生张凯通过采取一系列不同的受体和给体基团组合，结合细致的理论计算研究，进而设计了一系列高效的NIR-TADF分子。同时和苏州大学樊健教授课题组合作开展相关实验探究工作，实验结果验证了我们的理论预测。所设计的DA-3分子，在甲苯溶液中实现了730nm发射和20%的发光效率，这在同类别研究工作中处于前沿研究水平。相关研究成果以“Highly Efficient Near-Infrared Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecules via Acceptor Tuning: Theoretical Molecular Design and Experimental Verification”为题发表在《The Journal of Physical Chemistry Letters》（J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 1893-1903.，DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c03805）。《The Journal of Physical Chemistry Letters》是中科院SCI期刊分区中小类学科原子、分子和化学物理的一区期刊和自然指数期刊。文章第一作者为张凯博士，通讯作者为王传奎教授、蔺丽丽教授和樊健教授，山东师范大学为论文第一完成单位。该研究工作得到了国家自然科学基金和泰山学者项目的资助。
有机发光二极管(OLED)凭借其质量轻、超薄、可弯曲等特点在有机照明和有机显示等领域表现出了非常广阔的应用前景。为了进一步提高OLED的发光效率，新型电致发光材料的设计和研发成为目前相关领域的研究热点之一。传统的发光材料主要分为传统荧光和传统磷光两大类发光材料。然而，传统荧光材料只能利用25%的单重态激子发光，75%的三重态激子被浪费，激子利用率低；传统磷光材料通过添加依和铂等重金属，有效地提高了激子利用率，但由于含有重金属材料，这使得相应制作过程复杂、制作成本提升。为了解决上述问题，第三代电致发光材料即热活化延迟荧光(TADF)分子材料应运而生，并且被广泛应用到OLED中。TADF分子凭借其较小的单重态和三重态之间的能级差，使得三重态激子通过反向系间窜越的过程而得到有效利用，实现接近100%的激子利用率，极大地提高了OLED的外量子效率。其中，近红外(NIR)发射(lmax>700 nm)的高效TADF分子材料还很缺乏，其器件性能也远逊于蓝光和绿光的TADF器件。因此，高效NIR-TADF分子材料的设计和制备是一项具有挑战性的工作。
我院分子光子学研究团队长期从事新型电致发光材料的理论探究与分子设计方面的研究工作，在聚集诱导延迟荧光、聚集诱导室温磷光、深红与深蓝延迟荧光以及杂化局域电荷转移激发态分子材料的设计和研发等方面做出了很多有意义的研究成果，同时与唐本忠院士、赵祖金教授、秦安军教授、安众福教授、樊健教授、帅志刚教授和彭谦研究员等课题组保持积极的交流与合作。近五年来在Angew. Chem. Int. Ed.; Adv. Opt. Mater.; Adv. Mater.;J. Phys. Chem. Lett.;J. Mater. Chem. C.;J. Phys. Chem. C.;Mater. Horiz.等权威期刊发表SCI论文多篇。
图1. 各给体和受体的HOMO和LUMO能量以及 DA-3在甲苯中的UV-vis光谱和瞬时PL衰减曲线。
图2. 课题组主要研究工作内容总结。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.0c03805