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杂环类有机小分子具有丰富的光电性质,在多种光电器件中已得到了广泛应用,近年来,杂环结构已成为设计热激活延迟荧光(TADF)分子的主要给体和受体单元。有机杂环类分子通过合理的分子设计,可以获得S1-T1的能隙差(ΔEsT)小于0.3 eV,通过反系间窜跃,能够充分利用电激发的三重态激子,器件已突破了荧光内量子效率25%的理论极限,在性能上可以与磷光材料相媲美。本文利用量子化学计算方法,研究了两类杂环类延迟荧光分子。1.设计了 11种硫杂环类分子内电荷转移(ICT)化合物,计算其基态的几何结构和激发态的能级,并选取其中两个化合物进行合成、表征和光物理性能研究,并比较其实验结果和理论计算的数据。2.设计和计算一系列氮氧杂环类ICT化合物,保持同样的受体单元,改变和修饰给体单元等,获得了全色彩发光的设计分子。具体内容如下:1.以5-苯基-1,3-双(对甲基苯基砜基)苯为受体设计了 11种ICT化合物(a-k),采用密度泛函理论(DFT)进行分子基态几何优化。在基态结构优化的基础上,采用最优Hartree-Fock(HF)交换方法探究了激发态的能级结构。计算结果表明,大部分化合物具有高的单重态能级,倾向于发射蓝光。计算所得的λmax在385.5-512.5 nm之间,AEsT在0.0389-0.4996 eV之间,大部分小于0.3 eV(除了化合物a和c)。说明这些化合物中大部分为潜在的蓝光TADF材料。以上结果表明,采用不同电子推拉能力的给体、受体和在D-A间引入桥接苯环都可以对E0-0(S1)和E0-0(T1)进行调节,从而调节λmax和AEs.T。2.通过Buchwald-Hartwig反应,合成了化合物a和b,它们在甲苯溶液中的λmax依次为449 nm和503 nm,表明a为蓝光发射材料,而b则为绿光发射材料。通过紫外吸收光谱测得它们的Eg为3.94 eV和3.88 eV;通过电化学测得它们的HOMO为-5.19 eV和-5.20 eV。它们在甲苯溶液中Φf和Φd分别为0.009和0.056及0.026和0.115,除氧后量子效率都出现不同程度的增加,表现出TADF材料的特征。热失重分析测得它们的Td依次为420 ℃和261 ℃,说明化合物a具有良好的热稳定性。将b作为发光层制备结构为ITO/NPB(40 nm)/b(11 nm)/TmPyPB(37 nm)/Alq(30 nm)/LiF/(3 nm)/Al(174 nm)的器件,器件启动电压为11.8 V,并且发绿光,与b在甲苯溶液的发光颜色相近。3.以苯并双嗯唑(BBO)为受体,在其中心苯环上的4-和8-位置连接给体连接四种给电子能力大小不一的给体,得到四种ICT化合物1A-1D,量化计算表明他们的发光波长从蓝光到红光的可见光范围的发射。1A-1D的λmax和AEST分别为437.6 nm和0.5269 eV,474.5 nm和 0.038 eV,567.0 nm 和 0.0921 eV,666.7 nm 和 0.0235 eV。为了实现高效的蓝色 TADF,对1A较大的ΔEST和1B较长的λmax进行微调。微调后,2F满足微调目的,调整后的AEST为0.1529 eV。而它的λmax增至462.2nm。3C、3G、3M和3N也满足微调目的,得到λmax为 446.4-462.1 nm,REST介于 0.1297-0.2064 eV 之间。且 3G 和 3N 的振子强度分别 0.0037和0.0033,说明它们为潜在的高效蓝色TADF材料。