基于吡嗪的延迟荧光、室温磷光有机发光材料的设计合成及性能研究

Aggregation induced emission (AIE) luminescent materials with delayed fluorescenceor room temperature phosphorescence emission properties are considered as one of the effective ways to solve the problem of aggregation caused quenching (ACQ), to improve device efficiency and reduce device cost of organic light emitting diodes (OLEDs). The aim of this this project is to design and synthesize novel AIE luminogens based on pyrazine with delayed fluorescence or room temperature phosphorescence characteristic. Through in-depth study of the influences of molecular structure, electronic structure and energy band structure, molecular interaction and molecular packing mode on photophysical properties of the luminophores, and systematic investigation of the multilevel relationships of electronic/molecular/aggregate structure-property, luminescent mechanisms of luminogens based on pyrazines can be illuminated experimentally and theoretically and preliminary general molecular design strategy and property modulation principles of pyrazine based AIE luminogens with delayed fluorescence or room temperature phosphorescence shall be established. This project not only holds important theoretical research value, but also has great potential in practical application of low cost, high efficiency OLEDs.

具有的延迟荧光、室温磷光发射特性的聚集诱导发光材料被认为是解决有机发光二极管中发光材料聚集荧光猝灭难题、提高器件发光效率、降低器件成本的一个非常有效的途径。本项目以吡嗪为核心单元通过合适的分子设计合成具有延迟荧、室温磷光发射特性的新型聚集诱导发光材料。深入研究化合物分子结构、电子特性和能级结构、分子排列方式和分子间相互作用等对化合物光物理性质的影响，系统总结电子-分子-聚集体多层次构效关系和性能调控要素，从理论和实验上阐明基于吡嗪化合物的光机理，初步建立基于吡嗪具有延迟荧光和室温磷光发射特性的吡嗪化合物普适的分子设计原则。本项目不仅具有重要的理论研究价值，而且在低成本、高效率的OLED器件方面具有重要的应用前景。

有机延迟荧光和室温磷光材料是目前国内外的研究热点，设计开发新型的具有AIE特性的有机延迟荧光和室温磷光材料是该领域有待研究的课题，本课题主要成果：（1）采用具有不同取代基的苯偶酰类化合物与二氨基马来腈缩合，获得5,6-二苯基-2,3-二氰基吡嗪类化合物，研究发现取代基给电子能力的增加后由蓝光逐渐红移到红光，实现全色彩发光；化合物1在溶液量子效率相对较低，但在晶体状态下的量子效率却高达70.47%，表现出AIE活性；通过测试它们的稳态和瞬态光谱，发现这一系列化合物在室温条件下均具有延迟荧光、磷光发射特性，这归因于n-pi*跃迁；另外化合物2在低温甲苯溶液中的发光颜色接近纯白光，CIE坐标为（0.30, 0.37）；这为全彩色调控以及白光发射的研究提供了一条新的研究思路。（2）具有高热稳定性发光材料对OLED器件的寿命及其稳定性有着决定性的影响；采用3,3'-二氨基联苯胺化合物与苯偶酰类化合物缩合反应制备具有高热稳定性、延迟荧光和室温磷光发射特性有机发光材料；究结果表明，TPQB和TPQB-OM具有延迟荧光和室温磷光的发射特性；TPQB和TPQB-OMe的热分解温度分别达到了384.11和416.86℃，而且在280℃以下没有显著的热吸收峰，表现出了较高的热稳定性。（3）利用羰基具有促进系间蹿越、增强磷光发射的功能；采用二氨基二苯甲酮与苯偶酰进行缩合反应获得含有羰基基团的吡嗪化合物；结果表明，DPQPM和 DPQPM-OMe都具有长寿命的延迟荧光、室温磷光发射特性；它们在外力刺激前/后发射光谱分别为495/420 nm和481/470 nm，表现出力致发光蓝移现象；DPQPM-OMe化合物力刺激作用后量子效率从4.52%增加到11.94%，表现出力刺激发光增强效应；结合实验和理论计算，发光蓝移是因为三重态猝灭由磷光发射转变为荧光发射，发光增强是因为扭曲构型的平面化作用导致共轭程度增加、刚性增强，发光效率提升。（4）基于量子化学计算定性地设计固体-溶液双高效有机发光材料的分子设计策略，即就是禁阻系间蹿跃，提高S1 振子强度，和降低S1和S0的均方根位。