中国科大在热致延迟荧光的调控机制研究中取得进展

近日，中国科大周蒙教授课题组与首都师大付红兵教授团队合作，揭示了聚集效应对热致延迟荧光材料发光性质调控的机制。研究成果以“Aggregation Enhanced Thermally Activated Delayed Fluorescence through Spin-Orbit Coupling Regulation”为题，在《德国应用化学》上发表，并被选为热点文章。

将聚集诱导发射(AIE)效应集成到热致延迟荧光(TADF)发光材料中，能够为高效有机发光二极管(OLED)的发展提供巨大潜力。虽然该类材料与器件的合成与制作取得了一些进展，但对相应的理论机制仍缺乏了解。在该工作中，研究团队旨在通过聚集效应来控制激发态的动态过程从而调节TADF。

研究发现，聚集不仅同时增强了即时荧光和延迟荧光，而且对分子激发态构象变化给予束缚作用。这种束缚不仅增强了自旋轨道耦合(SOC)，而且减小了单重态和三重态之间的能差(DEST)。本工作揭示了聚集效应调控TADF的基本机制的理解，为高效光致发光材料的设计提供了指导。

研究团队首先分析了目标材料DCzBF2在N2气氛和O2气氛下聚集效应对TADF的调控。研究发现无论在N2气氛还是在O2气氛下，DCzBF2都表现出明显聚集增强发光的效应。同时，发现在N2气氛中DCzBF2的即时荧光和延迟荧光的相对比例随着聚集效应的增强始终保持不变。

利用超快光谱研究发现，聚集后分子的激发态构象变化过程被显著抑制。然而超快光谱在液相中未捕捉到TADF过程，但在膜相中却捕捉到相应的过程。量化计算揭示这是由于膜相中分子的构象转动被抑制，增强了发生系间窜越(ISC)过程的单重态与三重态之间的SOC，且减小了相应的DEST，从而产生较强的三重态信号。最后作者研究了不同聚集程度对激发态弛豫过程的影响，研究发现聚集效应增强会导致激发态弛豫过程变慢，并且在低聚集程度下还存在激发态构象变化过程，而高聚集程度下激发态构象变化完全抑制。

该研究展示了在TADF材料中整合AIE效应的可行性，并揭示了相应的工作机制。研究发现，随着聚集效应的增强，即时荧光和延迟荧光逐渐增强，但聚集效应不会改变单重态辐射速率和ISC速率之间的比值。此外，溶液和薄膜中超快光谱和理论计算研究进一步揭示增强SOC、减小DEST是聚集增强TADF的本质原因。

中国科大张伟特任副研究员为论文第一作者；中国科大周蒙教授、孔洁特任副研究员及首都师大付红兵教授为该论文的通讯作者。该工作得到了中国科学院和国家自然科学基金委的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202404978