基于三氮杂蒽四聚体的多色可调发光体及其在有机发光二极管中的应用研究

这篇研究报道了一种新型星形三氮杂蒽（TAT）四聚体1，其通过炔丙基连接体实现了中心与外围TAT单元的电子解耦，展现出独特的双荧光和双磷光发射特性。该材料不仅发射颜色可随激发波长从蓝色调变为黄白色或橙色，还能在有机发光器件（OLED）中实现从黄到近红外（NIR）的电致发光颜色调控。研究通过模型化合物对比和量子化学计算揭示了其光电特性机制，为开发多功能单分子发光材料提供了新思路。

　　

【引言】

过去20年，平板显示技术主要依赖液晶显示器（LCD），但随着柔性屏幕需求的增长，有机发光器件（OLED）技术展现出独特优势。OLED具有自发光、高对比度、宽视角和低能耗等特点，但其复杂的多层结构和白光发射的实现仍面临挑战。本研究通过分子工程策略，设计了一种新型三氮杂蒽（TAT）四聚体1，为解决这些问题提供了创新方案。

【结果与讨论】

1. 1.

   合成与结构表征

   通过2-乙炔基-TAT与三甲酰基-TAT的炔化反应成功制备了四聚体1，其炔基连接体在2183 cm^-1处显示特征振动峰。核磁共振扩散排序（DOSY）和扫描隧道显微镜（STM）证实其在溶液中主要形成二聚体，分子长度约4.50 nm。值得注意的是，每个连接体含有一个手性中心，使化合物存在四种立体异构体。

2. 2.

   光电性质研究

   紫外-可见光谱显示1的吸收谱可视为模型化合物2和3的叠加，表明其组成单元保持相对独立的电子结构。电化学测试发现1可经历两步四电子氧化过程，氧化态在500-2000 nm范围内呈现全光谱吸收特性。特别有趣的是，氧化过程中炔基振动峰从2183 cm^-1位移至2304 cm^-1，反映了氧化诱导的电子结构变化。

3. 3.

   发光性能调控

   在室温溶液中，1展现出激发波长依赖的双重荧光发射：

   • •

     375 nm激发时：428 nm（外围TAT）和574 nm（中心TAT）双峰发射

   • •

     450 nm激发时：仅608 nm（中心TAT）单峰发射

     通过精确调控激发波长，可实现从蓝色（CIE x=0.16,y=0.12）到橙红色（x=0.55,y=0.44）的全色域发光，包括接近白光（x=0.28,y=0.27）的发射。

溶剂效应研究进一步拓展了其颜色调控维度：

• •

  甲苯中：500 nm绿光发射

• •

  四氢呋喃中：540 nm黄绿光

• •

  二氯甲烷中：620 nm橙光

  这种显著的溶致变色效应源于不同溶剂对电荷转移态能级的差异化影响。

1. 1.

   低温磷光特性

   在77 K的2-甲基四氢呋喃玻璃体中，1表现出独特的双磷光发射：

   • •

     短波长磷光（500 nm）：寿命2.50 s

   • •

     长波长磷光（650 nm）：寿命0.38 s

     两种磷光的长时间余辉（秒级）产生了动态颜色变化现象，为防伪应用提供了可能。

2. 2.

   OLED器件性能

   采用结构为ITO/PEDOT:PSS/1/PO-T2T/LiF/Al的器件展现出最佳性能：

   • •

     开启电压：3.7 V

   • •

     峰值辐照度：5.87 μW/nm/m²@580 nm

   • •

     高电压下（>6 V）出现725 nm近红外发射

     器件在39.1 mA/cm²电流密度下工作12分钟后仍保持70%初始亮度，显示出良好的操作稳定性。

【结论】

这项研究成功开发了一种基于TAT四聚体的新型多色发光材料，其独特的激发波长和溶剂依赖的发光特性，以及低温下的双磷光发射，为单分子白光材料和多功能OLED器件提供了新的设计思路。特别是其电压可调的近红外发射特性，在生物成像和光通信领域具有潜在应用价值。该工作为开发集成了电荷传输和发光功能的有机半导体材料开辟了新途径。