英文原题：Exploring the Key Factors of TADF Materials as Sensitizers: Toward High-performance Triplet Fusion Upconversion

第一作者：田野（叶常青教授20级研究生）、史益忠副教授、范孝春博士（苏州大学）

通讯作者：史益忠副教授、张晓宏教授（苏州大学）、叶常青教授

作者：田野、史益忠、范孝春、万仕刚、王筱梅、王凯、俞佳、张晓宏、叶常青

       三线态-三线态湮灭上转换（TTA-UC）由于可利用长波长的光转化为短波长光而在生物成像、光催化、传感检测、太阳能电池等领域具有重要的应用。基于重金属原子（钯、铂、铱等）的配合物由于具有摩尔消光系数高、ISC效率高、三线态寿命长等一系列的优点而成为当前TTA-UC体系主流的光敏剂。然而，其面临着大的最低单线态激发态（S₁）、最低三线态激发态（T₁）之间的能隙差（ΔE_ST）导致较小的反斯托克斯位移，重金属原子高昂的成本、生物毒性、环境污染等一系列的潜在性问题。因此亟需开发新型的纯有机光敏剂。

       热激活延迟荧光（TADF）机制由于较小的ΔEST而可以在室温下实现三线态激子向单线态激子的高效上转换过程（RISC）。相较于传统光敏剂，TADF机制不仅可以避免重金属原子的引入，还可以通过较小的ΔE_ST增大反斯托克斯位移，因此TADF发光剂是非金属TTA-UC体系的理想光敏剂。当前，TADF材料的分子设计策略可以大致分为以下三类：（1）高度扭曲的给体-受体（D-A）分子结构；（2）激基复合物（Exciplex）体系；（3）具有多重共振（MR）效应。其中，Exciplex体系由于只有较短的D、A片段的吸收峰而不适用于TTA-UC体系；而D-A型TADF与MR-TADF均可以用于TTA-UC体系的光敏剂。现如今，面向TTA-UC的TADF光敏剂主要是以高度扭曲的D-A型咔唑苯氰（CDCB）衍生物和MR效应的TADF为主，但就如何选择合适的TADF以实现高性能的TTA-UC目前仍是一片空白，需要进一步的研究。

       课题组与苏州大学功能纳米与软物质研究院张晓宏教授课题组合作研究了“如何设计合适的TADF光敏剂用于高效的TTA-UC体系”这一关键性问题。研究结果表明，相较于D-A型TADF材料，MR-TADF材料是更理想的光敏剂。在此基础上，进一步的归纳出实现优异的TTA-UC性能，潜在的TADF光敏剂需要满足以下前提条件：（1）TADF光敏剂和湮灭剂的能级匹配是一个基本原则; 在此基础上，（2）优选具有MR性能的TADF材料;（3）适当的ΔE_ST值不仅有助于实现更大的反斯托克斯位移，还有利于抑制三线态激子的RISC而延长三线态激子的寿命;（4）激发波长下，具有强的摩尔消光系数以实现高效激发;（5）湮灭剂的UC发射到光敏剂的重吸收率要低以降低激子的猝灭;（6）延长的三线态寿命从而提高TTET跃迁效率;（7）光化学、热稳定性也应考虑到，为进一步商业应用做好铺垫。

图1 文章设计思路

图2 a)基于TOAT的TADF光敏剂及湮灭剂的分子结构式; DPA b)基于TOAT的TADF光敏剂和湮灭剂DPA的能级图，S0、S1和T1分别表示基态、最低单线态激发态和三线态激发态; c)在532 nm激发下，MR-1（紫色）、MR-2（绿色）和ICT-1（橙色）在稀释甲苯（5×10-5 M）中的摩尔消光系数（实线）和归一化荧光光谱（短虚线），在370 nm激发下，DPA的归一化荧光光谱（填充的蓝色渐变色）

图3 a)用532nm激光激发下，MR-1，(b)MR-2和(c) ICT-1在脱氧甲苯溶液中用作光敏剂时，ΦUC '与激发功率密度的函数图。c[光敏剂]= 0.05 mM, c[DPA] = 6 mM（MR-1作为光敏剂）或4 mM（MR-2或ICT-1作为光敏剂）

Exploring the Key Factors of TADF Materials as Sensitizers: Toward High-performance Triplet Fusion Upconversion

Ye Tian, Yi-Zhong Shi,* Xiao-Chun Fan, Shi-Gang Wan, Xiao-Mei Wang, Kai Wang, Jia Yu, Xiao-Hong Zhang,* and Chang-Qing Ye*

Adv. Opt. Mater. 2023, 11(19): 2300504.

Published Online: 15 May 2023

原文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202300504