Doador múltiplo

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7644 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Uma variedade considerável de combinações de doador-aceitador (D-A) oferece o potencial para a obtenção de materiais de fluorescência retardada termicamente ativados (TADF) altamente eficientes. Múltiplos compostos do tipo D-A são uma das famílias promissoras de materiais TADF em termos de estabilidade e eficiência. No entanto, esses emissores são sempre compostos de doadores à base de carbazol, apesar de uma ampla escolha de porções usadas em moléculas D–A simples ligadas linearmente. Aqui, desenvolvemos um composto TADF tipo D-A múltiplo com duas unidades doadoras distintas de 9,10-di-hidro-9,9-dimetilacridina (DMAC) e carbazol como o design heterodoador. O novo emissor exibe alto rendimento quântico de fotoluminescência (PLQY) em várias condições, incluindo mistura de mídia polar e altas concentrações. Os diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) mostraram uma eficiência quântica externa (EQE) razoavelmente alta. Além disso, revelamos que as moléculas do tipo D–A múltiplo mostraram melhor fotoestabilidade do que as moléculas do tipo D–A simples, enquanto a estabilidade operacional em OLEDs envolve outros fatores dominantes.

A fluorescência atrasada termicamente ativada (TADF) emergiu como o emissor de terceira geração em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), o que facilita a coleta de éxcitons singleto e tripleto por meio do cruzamento intersistema reverso (RISC), resultando em 100% de eficiência quântica interna (IQE )1. Esse fenômeno ocorre à temperatura ambiente devido a um pequeno intervalo de energia de tripleto único (ΔEST) entre os estados singleto e tripleto excitados mais baixos (S1 e T1), que pode ser realizado separando espacialmente o orbital molecular ocupado mais alto (HOMO) e o orbital molecular mais baixo orbital molecular desocupado (LUMO). Assim, o design molecular exclusivo dos emissores de TADF é baseado em vários tipos de unidades doadoras (D) e aceitadoras (A)2,3,4,5. O interesse recente na área de pesquisa do TADF está relacionado ao controle das constantes de velocidade, por exemplo, maximizando a taxa RISC (kRISC)6,7,8,9,10,11,12,13,14. O kRISC rápido pode reduzir éxcitons tripletos de vida longa, o que contribuiria para diminuir as perdas de excitons e rolloff de eficiência15,16. Como os emissores fluorescentes geralmente exibem melhor estabilidade do que os emissores de fosforescência e TADF com excitons tripletos de alta energia, outro benefício esperado do kRISC rápido é a melhoria da durabilidade do dispositivo, que tem sido um problema sério e de longa data nas aplicações de TADF17,18 ,19,20. No entanto, as relações entre durabilidade do dispositivo, kRISC e estruturas moleculares não foram compreendidas de forma abrangente. Por exemplo, uma série de compostos com doadores de carbazol e aceitadores de benzonitrila representados por 4CzIPN alcançaram altas estabilidades satisfatórias apesar do kRISC moderadamente rápido (~ 106 s-1)1,21. Do ponto de vista da estrutura química, as múltiplas unidades doadoras permitem não apenas a variação das interações D–A e força de transferência de carga (CT), mas também as interações π–π intramoleculares e o efeito de deslocalização, que podem estar associados à alta estabilidade22. Além disso, a estratégia de heterodoador introduzindo segundas unidades doadoras pode melhorar ainda mais a estabilidade, além das propriedades fotofísicas23,24. No entanto, os projetos de múltiplos e heterodoadores são sempre baseados em doadores baseados em carbazol, como o carbazol original e o carbazol 3,6-dissubstituído25,26,27,28,29. Portanto, deseja-se verificar estratégias múltiplas e heterodoadoras incorporando um tipo diferente de doador e comparando-as com moléculas D–A simples ligadas linearmente.

Neste artigo, desenvolvemos uma nova molécula do tipo múltiplo e heterodoador, denominada 2Cz2DMAC2BN (Fig. 1, inserção), consistindo em dois carbazol (Cz), dois 9,10-dihidro-9,9-dimetilacridina (DMAC), e duas unidades de benzonitrila (BN) conectadas ao anel fenil central. Os emissores baseados em DMAC formam CT forte devido à natureza doadora mais forte de DMAC em comparação com Cz e a estrutura mais torcida. Ao combinar com a porção aceitadora fraca, as cores de emissão de 2Cz2DMAC2BN aparecem do azul celeste ao verde, tornando possíveis variedades de escolha de emissores de referência. Além disso, o alto rendimento quântico fotoluminescente (PLQY) e o pequeno ΔEST provam propriedades TADF eficientes para 2Cz2DMAC2BN. Assim, as estabilidades de alguns tipos diferentes de excelentes materiais TADF com propriedades fotofísicas semelhantes foram comparadas. A análise dos parâmetros fotofísicos e estabilidades desses compostos forneceria uma melhor compreensão da relação estrutura-propriedade em projetos múltiplos e heterodoadores.