基于间位取代与供体强化的TADF材料性能优化：分子设计策略与电致发光器件应用

为解决纯有机热活化延迟荧光(TADF)材料中单重态-三重态能隙(ΔEST)调控难题，大连理工大学团队通过供体强化（引入叔丁基修饰）和间位连接策略，设计出TRZ-mtCz等D-π-A型分子。该研究实现了ΔEST从0.36 eV降至0.19 eV，反向系间窜越速率(kRISC)提升至1.56×105 s-1，最终获得EQE达18.8%的天蓝光OLED器件，为高性能TADF材料开发提供了新范式。

　　

在显示技术领域，有机发光二极管(OLED)因其卓越的色彩表现和柔性特性已成为主流。然而传统荧光材料仅能利用25%的单重态激子，而贵金属磷光材料又面临成本高、污染重的问题。热活化延迟荧光(TADF)材料通过反向系间窜越(RISC)过程可实现100%激子利用率，但其核心挑战在于如何精确调控单重态(S₁)与三重态(T₁)能隙(ΔE_ST)。

大连理工大学研究人员在《Dyes and Pigments》发表的研究中，创新性地将供体强化与间位连接策略相结合。他们设计出TRZ-pCz、TRZ-ptCz、TRZ-mCz和TRZ-mtCz四个分子，以三嗪(TRZ)为受体，咔唑(Cz)或叔丁基咔唑(tCz)为供体，通过苯桥连接。研究采用密度泛函理论计算分子轨道分布，通过低温磷光光谱测定能级结构，并构建掺杂型OLED器件评估电致发光性能。

分子设计与光物理特性
理论计算表明S₁态主要由靠近受体的咔唑与TRZ形成的电荷转移态决定。引入叔丁基使TRZ-ptCz的S₁能级降低0.11 eV，而间位连接的TRZ-mCz则通过缩短π共轭使T₁能级升高0.05 eV。双策略协同的TRZ-mtCz实现ΔE_ST=0.19 eV，较TRZ-pCz(0.36 eV)降低47%。

动力学性能
时间分辨荧光测试显示TRZ-mtCz的k_RISC达1.56×10⁵ s^-1，比TRZ-pCz提高两个数量级。瞬态吸收光谱证实其延迟荧光成分占比达83%，表明三重态激子高效转化。

器件性能
天蓝光器件(476 nm)中，TRZ-mtCz实现18.8%的EQE，远超TRZ-pCz(5.21%)。效率滚降分析显示在1000 cd/m²亮度下仍保持15.2%的EQE，证实其激子利用效率接近100%。

该研究首次在同一个分子体系中验证了供体强化与连接方式的协同效应：叔丁基修饰通过诱导效应增强电荷转移，间位连接则通过立体位阻限制共轭。这种"能级剪刀差"策略(同时降低S₁并提高T₁)为开发高效TADF材料提供了普适性方案，其器件性能已接近磷光材料水平，且避免了贵金属使用，对推动可持续光电材料发展具有重要意义。