1 引言

本項目研究對象為兩個給體-受體（D-A）型紅光有機電致發光小分子，利用MOMAP軟件計算了它們氣態下的黃昆因子，輻射以及非輻射躍遷速率，從理論的角度揭示了分子結構、振動模式、非輻射躍遷速率、光致發光效率之間的關系。MOMAP軟件基于第一性原理計算的結果（包括基態、激發態的平衡位形、振動頻率和振動模式），在一階微擾和費米黃金規則基礎上同時考慮HerzbergTeller 效應，在計算的分子吸收、熒光光譜、磷光光譜、輻射速率、內轉換速率、系間竄越速率等方面有獨到的優勢。

有機電致發光（OLED）技術在全彩顯示和照明等領域中具有十分重要的應用前景，自誕生以來，備受科研和產業領域的廣泛關注。目前，藍光和綠光OLED已經取得了較高的外量子效率（EQE），而紅光OLED的器件效率卻大幅落后于藍光和綠光的水平。紅光器件效率低下的最主要原因是其自身性質決定的低光致發光效率：第一，紅光材料大多數都具有強電荷轉移（CT）態的特點，導致紅光發射和小的輻射躍遷；第二，根據能隙規則，紅光窄的帶隙會產生強的非輻射躍遷，造成較大的能量損失。因此，發展高效率、低成本的純有機電致紅光材料仍是一項極具挑戰的課題。

02 成果簡介

基于三苯胺（TPA）為給體和苯并［4，5］咪唑并［2，1-a］異喹啉-7-酮（BBI）為受體，我們設計并合成了兩個紅光異構體分子（3-DTPA-BBI，11-DTPA-BBI）。通過改變給受體之間的取代位點，系統地調節了分子激發態性質和振動模式。3-DTPA-BBI分子由于輻射躍遷（kr）的增強和非輻射躍遷（knr）的抑制，取得了更高的發光效率和器件性能。理論上，輻射躍遷和非輻射躍遷是相互競爭的關系，非輻射躍遷的重要途徑之一是振動弛豫，其中黃昆因子是評估振動弛豫的有效方法，本文利用鴻之微MOMAP軟件計算了氣態下的黃昆因子，輻射以及非輻射躍遷速率。計算結果表明3-DTPA-BBI黃昆因子數值更小，低頻的面內剪切振動由于給體之間的相互作用得到了有效地抑制，從而實現了更高的光致發光效率。同時，3-DTPA-BBI的kr速率和knr速率分別為1.2 x 107 s-1和3.2 x 1010 s-1，11-DTPA-BBI的kr速率和knr速率分別為9.6 x 106 s-1和1.3 x 1011 s-1，兩個分子kr速率相差不大，但是11-DTPA-BBI分子的knr速率是3-DTPA-BBI分子的3倍，這一結果合理地解釋了實驗上觀測到的現象。

03 圖文導讀

圖1 從左至右：分子結構，HOMO和LUMO軌道分布，自然躍遷軌道分布及其百分比，最低單線態（S1）能量

圖2 甲苯稀溶液中3個化合物的紫外-可見吸收光譜

圖3（a）異構體分子的溶劑化發射以及（b）對應的光致發光效率（PLQY）和非輻射躍遷速率

圖4（a）11-DTPA-BBI分子和（b）3-DTPA-BBI分子的黃昆因子及振動頻率分析

圖5（a）異構體分子的電流密度-電壓-亮度（J-V-B）曲線以及（b）電致發光光譜和EQE曲線

04 小結

為了闡明異構體紅光分子3-DTPA-BBI和11-DTPA-BBI發光效率不同的本質原因，揭示分子結構與光電性質之間的關系，本文利用MOMAP軟件計算了氣態下的黃昆因子、輻射以及非輻射躍遷速率。結果表明，準等性雜化的狀態使3-DTPA-BBI分子能夠始終包含局域態（LE）成分，從而具有更高的輻射躍遷速率。同時，由于給體（TPA）之間更近的距離，3-DTPA-BBI分子的主要振動模式得到抑制，有效降低了非輻射的能量損耗。因此，3-DTPA-BBI化合物取得了更高的光致發光效率和OLED器件性能。本研究的計算結果和實驗現象非常地吻合，為設計高效率的純有機電致紅光材料提供了很好的思路。