Donatore multiplo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7644 (2023) Citare questo articolo

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Una notevole varietà di combinazioni donatore-accettore (D–A) offre il potenziale per realizzare materiali a fluorescenza ritardata attivata termicamente (TADF) altamente efficienti. I composti multipli di tipo D – A sono una delle famiglie promettenti di materiali TADF in termini di stabilità ed efficienza. Tuttavia, questi emettitori sono sempre composti da donatori a base di carbazolo, nonostante un'ampia scelta di frazioni utilizzate nelle singole molecole D-A collegate linearmente. Qui, abbiamo sviluppato un composto TADF multiplo di tipo D – A con due unità donatrici distinte di 9,10-diidro-9,9-dimetilacridina (DMAC) e carbazolo come disegno etero-donatore. Il nuovo emettitore presenta un'elevata resa quantica di fotoluminescenza (PLQY) in varie condizioni, tra cui la miscelazione di mezzi polari e alte concentrazioni. I diodi organici a emissione di luce (OLED) hanno mostrato un’efficienza quantica esterna (EQE) ragionevolmente elevata. Inoltre, abbiamo rivelato che le molecole multiple di tipo D–A mostravano una migliore fotostabilità rispetto alle singole molecole di tipo D–A, mentre la stabilità operativa negli OLED coinvolge altri fattori dominanti.

La fluorescenza ritardata attivata termicamente (TADF) è emersa come emettitore di terza generazione nei diodi organici a emissione di luce (OLED), che facilita la raccolta di eccitoni sia singoletti che tripletti attraverso l'incrocio inverso tra sistemi (RISC), con conseguente efficienza quantica interna del 100% (IQE) )1. Questo fenomeno si verifica a temperatura ambiente a causa di un piccolo gap energetico di singola tripletta (ΔEST) tra gli stati di singoletto e tripletto eccitati più bassi (S1 e T1), che può essere realizzato separando spazialmente l'orbitale molecolare più occupato (HOMO) e quello più basso orbitale molecolare non occupato (LUMO). Pertanto, il design molecolare unico degli emettitori TADF si basa su vari tipi di unità donatrici (D) e accettrici (A)2,3,4,5. Il recente interesse nell'area di ricerca del TADF è legato al controllo delle costanti di velocità, ad esempio massimizzando il tasso RISC (kRISC)6,7,8,9,10,11,12,13,14. Il kRISC veloce può ridurre gli eccitoni tripletti di lunga durata, il che contribuirebbe a ridurre le perdite di eccitoni e il rolloff di efficienza15,16. Poiché gli emettitori fluorescenti generalmente mostrano una migliore stabilità rispetto alla fosforescenza e agli emettitori TADF con eccitoni tripletti ad alta energia, un altro vantaggio atteso dal kRISC veloce è il miglioramento della durata del dispositivo, che è stato un problema serio e di lunga data nelle applicazioni di TADF17,18 ,19,20. Tuttavia, le relazioni tra durabilità del dispositivo, kRISC e strutture molecolari non sono state comprese in modo completo. Ad esempio, una serie di composti con donatori di carbazolo e accettori di benzonitrile rappresentati da 4CzIPN hanno raggiunto stabilità elevate soddisfacenti nonostante kRISC moderatamente veloce (~ 106 s−1)1,21. Dal punto di vista della struttura chimica, le molteplici unità donatrici consentono non solo la variazione delle interazioni D–A e della forza di trasferimento di carica (CT), ma anche le interazioni intramolecolari π–π e l'effetto di delocalizzazione, che possono essere associati all'elevata stabilità22. Inoltre, la strategia dell'eterodonatore che introduce unità di secondi donatori potrebbe migliorare ulteriormente la stabilità oltre alle proprietà fotofisiche23,24. Tuttavia, i disegni con donatori multipli ed etero si basano sempre su donatori a base di carbazolo come il carbazolo genitore e il carbazolo 3,6-disostituito25,26,27,28,29. Pertanto, si desidera verificare strategie multiple ed etero-donatrici incorporando un diverso tipo di donatore e confrontandole con singole molecole D-A collegate linearmente.

In questo articolo, abbiamo sviluppato una nuova molecola di tipo multiplo ed etero-donatore, denominata 2Cz2DMAC2BN (Fig. 1, riquadro), composta da due carbazolo (Cz), due 9,10-diidro-9,9-dimetilacridina (DMAC), e due unità benzonitriliche (BN) collegate all'anello fenilico centrale. Gli emettitori basati su DMAC formano un forte CT a causa della natura donatrice più forte del DMAC rispetto a Cz e della struttura più contorta. Combinandosi con la porzione debole dell'accettore, i colori di emissione di 2Cz2DMAC2BN appaiono dal blu cielo al verde, rendendo possibile una varietà di scelta degli emettitori di riferimento. Inoltre, l'elevata resa quantica fotoluminescente (PLQY) e il piccolo ΔEST dimostrano proprietà TADF efficienti per 2Cz2DMAC2BN. Pertanto, sono state confrontate di conseguenza le stabilità di alcuni diversi tipi di eccellenti materiali TADF con proprietà fotofisiche simili. L'analisi dei parametri fotofisici e delle stabilità di questi composti fornirebbe una migliore comprensione della relazione struttura-proprietà nei progetti multipli ed etero-donatori.