MOMAP文獻(xiàn)賞析：理論揭示了TADF分子的聚集誘導(dǎo)發(fā)光機(jī)制

01、引言

固態(tài)效應(yīng)在確定熱激活延遲熒光分子的激發(fā)態(tài)性質(zhì)以及進(jìn)一步影響其發(fā)光性質(zhì)方面起著重要作用。明確考慮固相中分子間相互作用的光物理性質(zhì)的理論研究是目前研究的熱點(diǎn)。本文選取了實(shí)驗(yàn)中的分子，利用 MOMAP 軟件計(jì)算了固相和液相下的熒光效率，這項(xiàng)工作為實(shí)驗(yàn)測(cè)量提供了合理的解釋，揭示了 AIE 和 TADF 機(jī)制的內(nèi)在前景，有利于開發(fā)具有先進(jìn)特性的新型無摻雜 oled。

02、成果簡(jiǎn)介

張雨辰等人從理論上研究了具有聚集誘導(dǎo)發(fā)射(AIE)特性的新型 TADF 分子 SBF-BP-DMAC 在溶液和固相中的發(fā)光特性。采用可極化連續(xù)介質(zhì)模型(PCM)模擬了四氫呋喃(THF)中的溶劑環(huán)境效應(yīng)，采用量子力學(xué)和分子力學(xué)相結(jié)合(QM/MM)方法考慮了固體效應(yīng)。將熱振動(dòng)相關(guān)函數(shù)理論與第一性原理計(jì)算相結(jié)合，研究了激發(fā)態(tài)能量消耗過程。結(jié)果表明，計(jì)算得到的 THF 的提示熒光效率、延遲熒光效率和總熒光效率分別為 3.0%、0.4‰和 3.0%，固相下分子的對(duì)應(yīng)數(shù)值分別為 14.4%、31.5%和 45.9%，驗(yàn)證了 AIE 的特征。為了檢測(cè)其內(nèi)部機(jī)理，分析了其幾何結(jié)構(gòu)、HR 因素、重組能以及激發(fā)態(tài)躍遷特性。固相中的 HR 因子和重組能降低，這是由于剛性環(huán)境下 DMAC 單元扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受限造成的。從而抑制了非輻射能量消耗過程，提高了固相的熒光效率。此外，固態(tài)下 S1 與 T1 之間的能隙比 THF 中更小，更有利于系統(tǒng)間反向交叉過程，進(jìn)一步提高效率。該研究發(fā)表于 Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy，題為“Solid-state effect on luminescent properties of thermally activated delayed fluorescence molecule with aggregation induced emission: A theoretical perspective”。第一作者為張雨辰。

03、圖文導(dǎo)讀

圖 1. 研究分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖 2. RMSD 圖

圖 3. 相互作用圖

圖 4. THF 溶液下(a)和固相下(b) 分子的能級(jí)圖

圖 5. THF 溶液下(a)和固相下(b) 分子的 NTO 圖

圖 6. THF (a)和固相(c)的 HR 因子以及 THF (b)和固相(d)的重組能與頻率的關(guān)系。

圖 7. 研究分子的鍵長(zhǎng)鍵角二面角對(duì)應(yīng)重組能的貢獻(xiàn)比

表 1. 理論計(jì)算得到的發(fā)光性質(zhì)

04、小結(jié)

本文利用 MOMAP 軟件，主要計(jì)算了熒光的速率。根據(jù)液相和固相下熒光速率以及無輻射速率的對(duì)比，在固相下該分子的無輻射衰減減少，大大增加了熒光效率，有助于 AIE 效應(yīng)的產(chǎn)生，而且在固相下的具有小的能差(ΔEST = 0.07 eV)和大的 SOC 在 S1 和 T1 之間，這是產(chǎn)生 TADF 的原因。揭示了固態(tài)對(duì)延遲熒光性質(zhì)的影響，并且可以幫助人們更好地理解 AIE-TADF 機(jī)制，并進(jìn)一步推動(dòng)了新型高效發(fā)射器的設(shè)計(jì)。
 

文獻(xiàn)說明

1. 文獻(xiàn)信息：Solid-state effect on luminescent properties of thermally activated delayed fluorescence molecule with aggregation induced emission: A theoretical perspective (Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy DOI: 10.1016/j.saa.2020.118634)

2. 文獻(xiàn)作者：Yuchen Zhang, Yuying Ma, Kai Zhang, Yuzhi Song, Lili Lin, Chuan-Kui Wang, Jianzhong Fan3. 作者單位：山東師范大學(xué) - 物理與電子科學(xué)學(xué)院 - 王傳奎課題組

MOMAP 軟件介紹

MOMAP(Molecular Materials Property Prediction Package) 是一款研究和設(shè)計(jì)有機(jī)分子材料發(fā)光和傳輸機(jī)理以及定量預(yù)測(cè)發(fā)光效率的軟件。目前廣泛應(yīng)用于 OLED 發(fā)光和傳輸機(jī)理研究、新型 OLED 設(shè)計(jì)以及有機(jī)顯示與照明材料、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)材料、有機(jī)太陽(yáng)能電池、以及有機(jī)光檢測(cè)、生物傳感、有機(jī)光通訊等領(lǐng)域。