自掺杂热活化延迟荧光分子发光性质的理论研究

作     者：兰皓 

作者单位：山东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋玉志

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：热活化延迟荧光 准轴向 准赤道 自掺杂 

摘      要：近年来,学术界与产业界对有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode,OLED）给予了极大的关注,尤其是在医学领域、娱乐产业以及教育培训等领域,其展现出了不可估量的商业价值。作为OLED领域的新兴研究方向,热活化延迟荧光（Thermally Activated Delayed Fluorescence,TADF）材料正逐渐崭露头角,成为研究的热点。在实际应用场景中,OLED器件的发光效能会受到发光层材料浓度猝灭效应的影响而降低。为了应对这些挑战,研究人员持续探索新型的材料和器件设计。其中,TADF主客体掺杂技术因其可以提升OLED性能的效果而备受关注。本研究旨在从理论角度深入探索自掺杂TADF分子的发光性质,并探究其中的能量传递机制,期望为OLED技术的发展提供新的思路与解决方案。 本文,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论的计算方法,采用了极化连续介质模型（Polarizable Continuum Model,PCM）以及量子力学与分子力学的结合方法（Combined Quantum Mechanics and Molecular Mechanics,QM/MM）,对分子分别在固相和液相环境下的行为进行了深入的分析。我们深入研究了分子的均方根位移（Root of The Mean of Squared Displacement,RMSD）、单重激发态与三重激发态间的绝热能差(Adiabatic Singlet-Triplet Energy Gap,ΔE)、自旋轨道耦合（Spin Orbital Coupling,SOC）常数以及激发态相关速率等关键参数,通过对这些参数的剖析,使得我们成功揭示了这类TADF分子的发光行为的内在机制。基于此,本项研究进一步阐述了可以形成自掺杂TADF体系的条件,并归纳了相关的规律,同时也为高效TADF分子的设计提供了建议。这些研究成果为OLED器件的进一步研究和开发提供了理论依据和参考资料。以下是这篇论文的研究内容: （1）自掺杂热活化延迟荧光分子在固相下发光性质的理论研究。这项研究中,我们选择了TP2P-PXZ作为主要的研究对象,并观察到分子存在两种不同的构象:一种作为主体,而另一种作为客体,这两种构象共同构成了一个主客体掺杂的体系,从而实现了TADF的发光效果。经过对几何结构和势能曲线的计算分析,我们发现TP2P-PXZ在溶液环境下,基态仅能稳定地以准轴向（Quasi-Axial,QA）构象存在,而在激发态只能以准赤道（Quasi-Equatorial,QE）构象稳定存在。此外,我们使用基于Hirshfeld分区的独立梯度模型（Independent Gradient Model Based On Hirshfeld Partition,IGMH）来研究固相下的分子间相互作用。通过对跃迁轨道和激发态特性等的分析,我们研究了分子的发光特性,并最终揭示了TP2P-PXZ的发光原理。 （2）自掺杂热活化延迟荧光分子在液相下发光性质的理论研究。在本节,我们选取Pm Py-PXZ分子作为主要研究对象,通过计算得知分子在溶液下存在两种构象,并且两个构象都能发射TADF,可以构成主客体掺杂体系。经过势能面扫描分析,我们发现在甲苯溶液下Pm Py-PXZ分子可以以两种构象（QA、QE）稳定存在。随后通过对跃迁轨道和激发态属性进行详细计算后,得出相关性质,验证Pm Py-PXZ分子的自掺杂体系的可行性。