通过键合/空间电荷转移实现热激活的延迟荧光发射体，具有高辐射衰减率，适用于深蓝色有机发光二极管（OLEDs）

《Dyes and Pigments》：Through-bond/space charge transfers thermally activated delayed fluorescence emitters featuring high radiative decay rates for deep-blue OLEDs

通过苯桥连接的TSCT-TADF发光体YCIT14和YCIT15采用V型构象优化分子排列，显著提升电荷转移效率，实现高k_r^s（>10^7 s?1）和快速RISC（>10^5 s?1），蓝光OLED器件发射波长分别为448 nm和428 nm。

　　在现代显示技术与照明系统中，有机发光二极管（OLED）因其卓越的能量效率、高色彩纯度、优异的柔性和自发光特性而成为主流技术之一。然而，尽管OLED在诸多方面展现出巨大潜力，其性能仍面临一些关键挑战，尤其是在深蓝色发射领域。传统荧光材料由于禁阻的系间窜越（ISC）过程，只能利用约25%的单重态激子，而其余75%的三重态激子则通过非辐射途径损失，导致发光效率显著下降。相比之下，磷光材料虽然可以通过三重态激子实现100%的内量子效率（IQE），但其高制造成本、较差的稳定性和较低的器件寿命，使其在深蓝色OLED应用中并不理想。因此，开发一种能够高效利用激子并实现高亮度的新型发光材料成为当前研究的热点。

通过空间电荷转移（TSCT）机制实现热激活延迟荧光（TADF）的材料，近年来受到广泛关注。这类材料通过促进三重态激子向单重态激子的逆系间窜越（RISC），从而实现接近100%的IQE。然而，TSCT-TADF发射体通常表现出较低的辐射衰减速率（$k_r^s$），这限制了其在提高器件效率和抑制效率滚降方面的应用潜力。为了解决这一问题，研究人员不断探索新的分子设计策略，以在保持深蓝色发射的同时，增强$ k_r^s $和$ k_{RISC} $，即辐射衰减速率和逆系间窜越速率。

本研究中，我们开发了两种新型深蓝色TSCT-TADF发射体：YCIT14和YCIT15。这两种发射体均采用2,4-二苯基-1,3,5-三嗪（DPTRz）和2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪（TPTRz）作为受体（A）单元，并通过9-苯基-9H-咔唑（9-PhCz）作为供体（D）单元连接。9-PhCz的结构特性使其成为理想的供体材料：首先，咔唑单元中的氮原子上孤对电子能够参与共轭体系，从而促进通过键的电荷转移（TBCT）；其次，9-PhCz的引入有助于同时激活TBCT和TSCT通道，形成协同效应，提升$ k_{RISC} $和$ k_r^s $；最后，9-PhCz的显著空间位阻特性能够有效抑制发射光谱的展宽，同时促进TSCT-TADF发射体中供体与受体之间的面对面构型形成。

为了进一步优化分子结构，我们对YCIT14进行了结构调控，引入了一个额外的苯环作为间隔单元，使其结构转变为更加规整的面对面排列。这种结构演变不仅显著提高了TSCT效率，还使光致发光量子产率（$ \Phi_{PL} $）提升了1.6倍。实验结果显示，YCIT14和YCIT15在薄膜状态下的$ k_r^s $分别达到了7.27×10$^7$ s$^{-1}$和2.70×10$^7$ s$^{-1}$，这些数值在所有已报道的TSCT-TADF发射体中均属较高水平。同时，这两种发射体在薄膜中的$ k_{RISC} $分别为2.03×10$^5$ s$^{-1}$和1.96×10$^5$ s$^{-1}$，表明其具备高效的RISC过程。

在性能方面，基于YCIT14和YCIT15的掺杂OLED器件表现出深蓝色电致发光（EL）特性，其发射峰分别位于448 nm和428 nm处。这一结果不仅验证了所设计分子在深蓝色发射方面的有效性，也表明通过合理调控分子结构，可以在保持高$ k_r^s $和$ k_{RISC} $的同时，实现深蓝色光发射。此外，通过热重分析（TGA）可以发现，YCIT14和YCIT15具有优异的热稳定性，其分解温度较高，这为实际应用提供了良好的基础。

本研究的创新之处在于，通过引入苯环作为间隔单元，有效调控了分子的空间构型，从而在深蓝色发射领域实现了更高的辐射效率和更快的RISC过程。这一设计策略不仅为开发高性能的深蓝色TADF发射体提供了新的思路，也为未来OLED器件的优化提供了理论支持和技术参考。随着对TADF材料研究的深入，我们有望进一步突破现有技术的局限，推动OLED在高亮度、高效率和长寿命方面的进步。

在材料合成方面，YCIT14和YCIT15均通过Suzuki偶联反应合成，这一反应条件温和且选择性高，适合于复杂分子的构建。合成路径的优化不仅提高了产物的产率，还确保了分子结构的准确性。通过氢核磁共振（$^1$H NMR）和碳核磁共振（$^{13}$C NMR）谱对分子结构进行了进一步确认，结果表明所合成的分子具有预期的结构特征。这些表征手段为材料的性能研究提供了坚实的基础，同时也验证了合成方法的可行性。

在光物理性质方面，我们对这两种发射体进行了系统的测试与分析。实验结果表明，YCIT14和YCIT15在薄膜状态下的发射光谱均呈现深蓝色特征，且具有较高的光致发光量子产率。这表明，尽管TSCT-TADF发射体通常面临辐射效率较低的问题，但通过合理的分子设计，这一问题可以得到有效缓解。此外，通过测量RISC速率和辐射衰减速率，我们发现这两种发射体在实现高效TADF的同时，也表现出良好的光物理性能。这进一步证明了通过空间电荷转移和通过键电荷转移的协同作用，可以显著提升深蓝色TADF发射体的性能。

在器件性能方面，基于YCIT14和YCIT15的OLED器件表现出优异的电致发光特性。实验结果表明，两种发射体均能够实现深蓝色发射，并且其发光效率均达到较高水平。这一成果不仅验证了所设计分子在实际应用中的有效性，也为深蓝色OLED的开发提供了新的方向。通过调整分子结构，我们成功地在保持深蓝色发射的同时，提升了器件的效率和稳定性，这为未来OLED在高端显示和照明领域的应用奠定了基础。

在实际应用中，深蓝色OLED具有重要的意义。深蓝色光在全彩显示中扮演着关键角色，因为它能够提供更高的色彩对比度和更丰富的视觉体验。然而，深蓝色发射体的开发一直面临诸多挑战，包括低的光致发光量子产率、高的效率滚降以及较差的热稳定性等。本研究中，通过引入额外的苯环，我们成功地解决了这些问题，使得YCIT14和YCIT15在深蓝色发射领域表现出色。这不仅拓展了TADF材料的应用范围，也为未来深蓝色OLED的商业化提供了技术支持。

从材料设计的角度来看，本研究展示了一种有效的策略，即通过合理的结构调控，实现TBCT和TSCT的协同作用。这种策略不仅适用于深蓝色发射体，也可能为其他颜色的TADF材料设计提供借鉴。例如，通过调整供体与受体之间的距离和角度，可以进一步优化材料的光物理性能，从而实现更广泛的光色覆盖。此外，这一设计思路也为其他类型的有机发光材料，如磷光材料或荧光材料，提供了新的研究方向。

在实际应用中，高效率的深蓝色OLED不仅能够提升显示设备的色彩表现力，还能降低能耗，提高器件的寿命。因此，开发具有高$ k_r^s $和$ k_{RISC} $的深蓝色TADF发射体对于推动OLED技术的发展具有重要意义。本研究中，通过引入苯环作为间隔单元，我们不仅提高了材料的辐射效率，还优化了其热稳定性，这为未来OLED器件的优化提供了理论依据和实验支持。

此外，本研究还强调了材料结构与性能之间的密切关系。通过精确的结构调控，可以有效改变分子的电荷转移特性，从而影响其光物理性能。例如，面对面的供体-受体排列能够增强TSCT，而通过键的电荷转移则依赖于HOMO-LUMO轨道的重叠。这两种机制的协同作用使得材料能够实现高效的RISC和辐射衰减，从而提升整体发光效率。因此，在材料设计过程中，需要综合考虑各种因素，如分子构型、供体与受体之间的相互作用以及材料的热稳定性等。

在光物理性能研究方面，本研究采用了一系列先进的表征手段，包括光致发光光谱（PL）、电致发光光谱（EL）、荧光寿命测量以及热重分析（TGA）等。这些手段不仅能够准确评估材料的发光特性，还能为材料的结构优化提供重要的指导。例如，通过PL和EL光谱，可以确定材料的发射波长和发光效率；通过荧光寿命测量，可以评估材料的激子寿命和RISC速率；而TGA则能够验证材料的热稳定性，为其在实际应用中的可靠性提供保障。

在实验过程中，我们还发现，YCIT14和YCIT15的结构变化对其光物理性能产生了显著影响。相比于YCIT14，YCIT15通过引入额外的苯环，实现了更加规整的面对面排列，这不仅增强了TSCT的效率，还提高了光致发光量子产率。这一发现表明，结构调控在提升TADF材料性能方面具有重要作用，同时也为未来的材料设计提供了新的思路。

从长远来看，TADF材料的进一步发展将有助于推动OLED技术在更多领域的应用。例如，在柔性电子、可穿戴设备和生物成像等领域，高效率、高稳定性的深蓝色TADF发射体将发挥重要作用。此外，随着对TADF材料研究的深入，我们有望开发出更多具有不同光色特性的发射体，从而满足各种应用场景的需求。

综上所述，本研究通过合理的分子设计和结构调控，成功开发了两种具有高效TADF特性的深蓝色发射体。这两种发射体不仅在光物理性能方面表现出色，还在热稳定性方面具有优势，这为未来深蓝色OLED的开发提供了重要的技术支持。同时，本研究也为TADF材料的设计策略提供了新的思路，即通过空间电荷转移和通过键电荷转移的协同作用，实现高效率和高稳定性的发光材料。这些成果有望为OLED技术的发展带来新的突破，并推动其在更多领域的应用。