通过外围基团修饰实现喹喔啉衍生物红色热活化延迟荧光的高效设计

针对红光热活化延迟荧光材料(TADF)因能隙定律导致的性能瓶颈，研究人员通过喹喔啉外围基团修饰策略，开发出DQD-Bz、DQD-Bm和DQD-Bt三种红光TADF材料。其ΔEST（单三重态能隙）低至0.01-0.06 eV，kRISC（反向系间窜越速率）达105 s-1量级，器件EQE（外量子效率）最高达14.6%，为红光OLED材料设计提供新思路。

　　

在有机发光二极管(OLED)技术快速发展的今天，红光热活化延迟荧光(TADF)材料因其能实现100%激子利用效率(EUE)的特性备受关注，但受限于能隙定律(Energy Gap Law)，红光TADF材料的开发始终面临ΔE_ST（单三重态能隙）过大、k_RISC（反向系间窜越速率）不足等挑战。传统方法如引入强电子给受体或扩展共轭体系，往往导致浓度猝灭和低荧光量子产率(PLQY)。山西大学的研究团队独辟蹊径，以喹喔啉为核心骨架，通过外围基团修饰这一创新策略，成功实现了从橙光到红光的突破性转变。

研究团队采用分子工程手段，在橙色TADF母核DQD（二氢吖啶-喹喔啉结构）的1,4位引入苯环(DQD-Bz)、苯甲基(DQD-Bm)和叔丁基苯(DQD-Bt)三种弱给电子基团。通过核磁共振、质谱等技术确认结构后，结合瞬态荧光光谱和低温磷光测试，发现外围基团可显著调控HOMO（最高占据分子轨道）分布，将ΔE_ST压缩至0.01-0.06 eV的超低水平，同时使k_RISC提升至1.53×10⁵-4.16×10⁵ s^-1。值得注意的是，这种"微调"策略在保持高PLQY的前提下，成功将发射峰红移至618-626 nm的红光区域。

合成与表征
通过Suzuki偶联反应构建分子骨架，单晶X射线衍射证实DQD-Bz具有高度扭曲的D-A（给体-受体）构型，这种空间位阻有效抑制了浓度猝灭。差示扫描量热法显示所有衍生物玻璃化转变温度(T_g)>120°C，具备良好的热稳定性。

光物理性能
瞬态吸收光谱揭示DQD-Bt的延迟荧光寿命(τ_d)仅1.2 μs，较母体DQD缩短60%。理论计算表明苯甲基的引入使SOC（自旋轨道耦合矩阵元）提升至1.8 cm^-1，这是k_RISC倍增的关键。

器件性能
以DQD-Bz为发光层的OLED器件展现CIE色坐标(0.57,0.43)，最大亮度11640 cd/m²，EQE达14.6%，首次验证了外围弱给体策略对红光TADF器件性能的提升效果。

这项发表于《Dyes and Pigments》的研究，通过"分子手术刀"式的外围基团精准修饰，突破了红光TADF材料设计的传统思维。其创新性体现在：1）提出弱给电子基团调控HOMO能级的新理念；2）实现ΔE_ST与k_RISC的协同优化；3）为开发兼具高色纯度和高效率的红光OLED提供了普适性设计范式。正如通讯作者Yanqin Miao在讨论部分强调的，这种"最小改动，最大增益"的策略，对未来开发近红外TADF材料具有重要启示意义。