陕西师范大学JCTC | 使用键长和键级变化快速评估OLED发射光谱半峰宽

英文原题：Rapid Estimation of fwhm for OLED Emission Spectra Using Bond-Length and Bond-Order Alterations

通讯作者：尹世伟（陕西师范大学）

作者：王旭彬、王长崴

有机发光材料的色彩纯度是实现高质量OLED的基本要求。理论上，能够快速评估材料色纯度（即发射光谱的半峰宽，FWHM）对于高通量筛选潜在的高色纯度OLED分子至关重要。忽略分子聚集和构象多样性等因素引起的光谱展宽，分子发射光谱的FWHM主要受电子跃迁过程中分子振动的电声子耦合影响。因此，传统的半峰宽计算方法需要分子的基态和激发态进行优化结构和振动频率信息，但其高昂的计算成本限制了此类方法在材料高通量虚拟筛选中的广泛应用。

陕西师范大学尹世伟教授团队基于键级变化量与键长的关系，发展了一种FWHM的快速评估方法。作者通过对一系列多环芳烃（PAHs）的键长改变量（ΔBL）和垂直键级改变量（ΔBO）的分析表明二者存在显著的线性关系，从而实现了利用ΔBO快速评估分子发光过程中重组能（如图1所示）。

图1. 左图：ΔBL和ΔBO的线性关系；右图：重组能和ΔBL的平方和的关系

假设共轭分子单模的有效振动频率（ν_eff）近似为1400 cm^-1 ，作者运用单模FWHM公式（公式1）实现了对半峰宽的快速评估。

其中，有效黄昆因子（S_eff）和重组能（λ）具有函数关系（λ = hν_effS_eff）。图2显示，与依赖基态和激发态结构以及振动信息的传统FWHM评估方法相比，该简化的FWHM评估方法（FWHM2b）表现出较高的可靠性。由于这一简化方法无需分子激发态结构和振动信息，因此能够显著降低计算成本，实现对FWHM的快速评估。

图2. 不同方法下PAHs分子的半峰宽（FWHM1：多模评估方法；FWHM2a：单模评估方法；FWHM2b：基于ΔBO的简化评估方法；num. FWHM：基于振动分辨电子光谱的评估方法）

此外，作者还定义了一种总的分子键级改变强度的新型分子描述符κ（公式2）。通过对PAHs和典型窄带隙荧光分子的测试（图3）表明，较小的κ值（小于1）的分子可以被作为是高色纯度简单判据标准。

图3. PAHs分子和荧光分子的κ值，红色部分是文献报道的典型窄带隙分子

结论与意义

综上所述，作者通过合理的近似将FWHM与分子的ΔBO关联，提出了一种快速评估FWHM的方法，并验证了该方法的可靠性。此外，作者定义了一种新型描述符κ，用于简单判断材料是否具有高色纯度。这一工作有望为后续的高色纯度OLED材料的高通量筛选和设计提供帮助和指导。

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Rapid Estimation of fwhm for OLED Emission Spectra Using Bond-Length and Bond-Order Alterations

Xubin Wang, Changwei Wang, Shiwei Yin*

J. Chem. Theory Comput. 2024, 20, 16, 7327–7336

https://doi.org/10.1021/acs.jctc.4c00766 

Published August 12, 2024

Copyright © 2024 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）