01 科学背景
有机发光二极管（OLEDs）的成功商业化在很大程度上依赖于强大的绿色和红色磷光发射器来降低功耗，而寻找高效且稳定的蓝色磷光发射器仍然具有挑战性。Adachi等人开创了热激活延迟荧光(TADF)发射器的研究，其中非发射三重态可以有效地上转换为发射单重态，在OLEDs中实现100%的内量子效率。然而，大多数高效的TADF发射体仍然面临稳定性问题，迫切需要研究提高TADF化合物的分子稳定性。尽管器件降解的基本物理原理很复杂，但双分子的三重态极化子湮没（TPA）已被认为是TADF化合物降解的主要原因。在此过程中，三重态激子与相邻的极化子相互作用，产生激发极化子态，其能量高到足以破坏化学键并导致化学劣化。从动力学的角度来看，提高分子稳定性的解决方案自然应该包括加速激子消耗，以减少不希望的激子-极化子相互作用的机会。多供体-受体电荷转移型TADF分子中的反向系间窜越（RISC）过程可以在这些分子的部分分子结构的中间三重激发态的帮助下加速，通过使用TADF化合物作为荧光最终发射体的敏化剂，称为TADF敏化荧光（TSF）或超荧光则可以进一步加速激子消耗。人们还关注从热力学角度提高TADF分子的内在稳定性，一种策略是使用全氘化策略来降低分子的振动能量，另一种方法是增大极化子态TADF分子中最脆弱键（通常是碳氮(C-N)键）的键解离能(BDE)，而负极化子相关态代表了TADF分子内在稳定性的一个关键脆弱点，应该特别注意。
02 创新成果
清华大学张东东助理研究员和段炼教授通过引入可以使电子分布离域的辅助受体，建立了高效稳定的热激活延迟荧光发射器的设计规则，增强了负极化子和三重激发态的分子稳定性，同时还加速了三重态到单重态的上转换和单线态辐射过程。基于多咔唑-苯甲腈(CzBN)结构的概念验证热激活延迟荧光化合物表现出接近一致的光致发光量子产率、短寿命延迟以及改进的光致发光和电致发光稳定性。使用这些分子之一作为多谐振发射器的敏化剂的深蓝色有机发光二极管在1,000 cd m-2的初始亮度（最大外部亮度）下，在221小时内达到初始亮度的95%，最大外部量子效率为为30.8%，国际照明委员会坐标为(0.14, 0.17)。
相关研究成果2024年9月12日以“Delocalizing electron distribution in thermally activated delayed fluorophors for high-efficiency and long-lifetime blue electroluminescence”为题发表在Nature Materials上。
03 核心创新点
分子设计规则：提出了一种新的分子设计规则，通过引入辅助受体来分散电子分布，从而增强分子在负极性状态下和三重激发态下的稳定性，同时加速三重态到单重态的上转换和单重态辐射过程。
高效率和长寿命的蓝色TADF发射体：设计并合成了基于多咔唑-苯腈结构的TADF化合物，这些化合物展现出接近100%的光致发光量子产率，短寿命延迟和改善的光致发光和电致发光稳定性。
光电性能的显著提升：利用这些新型TADF化合物制造的深蓝色OLED器件，在初始亮度为1000 cd/m²时，221小时内仍保持初始亮度的95%，最大外部量子效率为30.8%，这些性能指标在同类研究中表现突出。
04 数据概览
05 成果启示
该项研究提出了一种可行的分子设计策略，通过引入明智选择的辅助受体来使CzBN型TADF发射体的电子分布离域化。用于概念验证的发射器4CzBN-PhCN和4tCzBN-PhCN表现出高效率和出色的内在稳定性。人们普遍认为基于TADF发射器的OLED的退化主要是由TPA引起的，这里进一步将其指定为TP(−)A。由于目标分子不仅表现出负极化子和三重激发态的BDE改善，而且激子消耗加速，因此可以很好地理解稳定性的改善。该设计策略可能有助于开发在实际应用中具有高效率和长器件寿命的深蓝色OLED。此外，考虑到有机半导体在稳定性和效率方面通常是比电子传输器更好的空穴传输器，显然这种分子设计策略不仅有利于TADF发射器，而且有利于其他有机光电功能材料，包括主体材料和电荷传输材料。
doi.org/10.1038/s41563-024-02004-w
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