朱衛國&周必泰教授等Nature Photonics：解密高效率MR-TADF熒光材料發光機制
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多重共振效應誘導熱啟用延遲熒光 (MR-TADF) 材料因其具有高效率、窄帶發光等優勢，近年來已成為有機電致發光(OEL)領域研究的熱點。但是，對於經典的MR-TADF分子，如DABNA-1和QAO等，有一個現象長期困惑著研究者，即其分子在光致激發時具有很強的熒光，但是其自身並沒有延遲熒光的跡象；然而，這類發光材料一旦摻雜在合適的主體材料中，卻又能表現出顯著的延遲熒光現象。這些困擾阻礙了高效率MR-TADF材料乃至熒光發光材料的設計及推廣應用。
近日，常州大學材料科學與工程學院朱衛國教授團隊與臺灣大學周必泰教授及臺灣海洋大學光電所洪文誼教授合作，成功揭示了多重共振效應誘導-熱啟用化延遲熒光材料的發光機制，解決了經典MR-TADF分子長期困擾的問題，研究成果登上國際光電領域排名第一的Nature Photonics 期刊。
作者首先設計了新型MR-TADF材料QPO與QP3O，結合經典的MR-TADF分子DABNA-1與QAO，利用光致激發和電致激發時間解析發光光譜，以及步進式傅立葉變換瞬態吸收光譜，在混合共蒸鍍的有機發光層中，發現了主體-客體之間可以相互作用，藉此產生了瞬態電荷轉移中間體，這種中間體能為客體熒光分子的單重態及三重態“搭橋”，並提升單重態至三重態的系間竄躍 (intersystem crossing) 及反系間竄越 (reverse intersystem crossing) 的速率，“創造”出了意想不到的延遲熒光，在保證光色純度不變的同時，達到高效利用暗態（即三重態）激子的目的，如圖1所示。
圖1. DABNA-1、mCBP、DPEPO薄膜及其摻雜薄膜的泵浦-探測瞬態吸收光譜
作者進一步提出了MR-TADF材料發光機理：主-客體間滿足合理的能級分佈，形成類似主-客體間激基複合物式的作用機制是促使具有較小ΔEST的MR-TADF材料保持發光位移不變並顯現TADF的關鍵。因此，經典的MR-TADF材料DABNA-1 在主體材料mCBP 中能夠表現出TADF效能 (如圖2)，而在主體材料DPEPO 中卻沒有TADF效能。這一嶄新的機制，未來可以讓OLED科研工作者，重新審視一些單重態和三重態的能隙 (ΔEST) 小，足以被熱啟用，但本身卻沒有延遲熒光性質的高效熒光材料，有望解決並實現OLED高效藍光材料。
圖2. DABNA-1與mCBP的能級分佈及相互作用圖。
文章的第一作者是常州大學青年教師吳秀剛博士和臺灣大學碩士研究生蘇柏穅，常州大學材料科學與工程學院為該文章第一通訊單位，朱衛國教授、周必泰教授和洪文誼教授為通訊作者。這是朱衛國教授團隊近兩年來在發光領域的又一重大突破 (J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7469-7479; Nat. Commun., 2020, 11, 2145; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 2058-2063.)。
The role of host–guest interactions in organic emitters employing MR-TADF
Xiugang Wu, Bo-Kang Su, Deng-Gao Chen, Denghui Liu, Chi-Chi Wu, Zhi-Xuan Huang, Ta-Chun Lin, Cheng-Ham Wu, Mengbing Zhu, Elise Y. Li, Wen-Yi Hung, Weiguo Zhu & Pi-Tai Chou
Nat. Photonics, 2021, 15, 780–786, DOI: 10.1038/s41566-021-00870-3
導師介紹
朱衛國
http://zwg.cczu.edu.cn/
https://www.x-mol.com/university/faculty/14268
周必泰
https://www.ch.ntu.edu.tw/member/faculty/chop/
https://www.x-mol.com/university/faculty/40460
