Weiße zirkular polarisierte Lumineszenz (WCPL) hat breite Anwendungsaussichten in den Bereichen Festkörperbeleuchtung, Informationsspeicherung, Verschlüsselung und Fälschungssicherheit, optische Sensorik und anderen Bereichen. In den letzten Jahren hat die Forschung zur Realisierung weißer zirkular polarisierter Photolumineszenz (WCPPL) und weißer zirkular polarisierter Elektrolumineszenz (WCPEL) durch Ergänzung der Spektren mehrerer chiraler Lumineszenzmaterialien allmählich zugenommen. Bei dieser Methode treten jedoch in der Regel Probleme wie Selbstabsorption und Schwierigkeiten bei der Steuerung des Materialverhältnisses auf. Einzelmolekül-WCPL-Strategien können diese Probleme überwinden und den Materialvorbereitungsprozess vereinfachen. Die Realisierung einer Einzelmolekül-Mehremissions-WCPL ist jedoch immer noch eine große Herausforderung.
Ergebnisübersicht
Das Team von Chen Chuanfeng und Lu Haiyan von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwarf und synthetisierte ein Paar multipler Emissionsenantiomere (R)-DO-PSeZ und (S)-DO-PSeZ. Durch die Integration des Selen-induzierten Konformationsdonors und des chiralen Carbonylakzeptors in ein einziges Molekülgerüst wurde weiße, zirkular polarisierte Lumineszenz erreicht. Dieses Enantiomer zeigt sowohl in Lösung als auch im Film weiße Lichtemission mit CIE-Koordinaten von (0,39, 0,35) bzw. (0,33, 0,34). Die Photolumineszenz-Quantenausbeute des dotierten Films beträgt bis zu 42 %, begleitet von einem spiegelbildlichen weißen, zirkular polarisierten Photolumineszenzsignal mit einem Ag-Wert von 2,6×10-3. Darüber hinaus zeigte dieses Enantiomer auch WCPEL in organischen Leuchtdioden (OLEDs) mit CIE-Koordinaten von (0,29, 0,33) und einer maximalen externen Quanteneffizienz (EQEmax) von 3,1 %. Dies ist das erste gemeldete Einzelmolekül-Multiemissions-WCPL-Material und es bietet auch die höchste Leistung unter den Weißlicht-OLEDs, die auf Einzelmolekül-organischen Materialien mit phosphoreszierenden Eigenschaften basieren. Unter weiterer Ausnutzung der Bragg-Reflexion doppelschichtiger cholesterischer Flüssigkristalle erreichte dieses Enantiomer WCPPL und WCPEL mit g-Werten von 1,85 bzw. 1,88, den höchsten bisher gemeldeten Werten.
Grafik- und Textanalyse
1. Molekulares Design und Synthese
Das Forschungsteam entwarf und synthetisierte ein Paar mehrfach emittierender Enantiomere (R)-DO-PSeZ und (S)-DO-PSeZ, indem es einen seleninduzierten Konformationsdonor und einen chiralen Carbonylakzeptor in ein einziges Molekülgerüst integrierte (Abbildung 1a). Dieses Enantiomer zeigt sowohl in Lösung als auch im Film weiße Lichtemission mit CIE-Koordinaten von (0,39, 0,35) bzw. (0,33, 0,34).
Abbildung 1. a) Schematische Darstellung der molekularen Struktur von Enantiomeren und Amplifikationsstrategien für die g-Werte von WCPPL und WCPEL. b) Multiemissionsmechanismus von Enantiomeren. (Quelle: Angew. Chem. Int. Ed.)
2. Photophysikalische Eigenschaften Die Enantiomere weisen in Lösung und dünnen Filmen mehrere Emissionsbanden auf, die verschiedenen Konformationsisomeren entsprechen. Durch theoretische Berechnungen und experimentelle Überprüfung bestätigte das Forschungsteam die Existenz dieser Konformationsisomere und ihrer entsprechenden phosphoreszierenden Eigenschaften.
Abbildung 2. a) Absorptionsspektrum von (S)-DO-PSeZ in Chloroform und normalisierte Emissionsspektren von (S)-DO-PSeZ in Chloroform und Dünnschicht bei Raumtemperatur (Anregungswellenlänge: 350 nm). b) Transientes Photolumineszenz-Abklingspektrum von (S)-DO-PSeZ in einem mit 5 Gew.-% dotierten Film, mit Spitzenwerten bei 675 nm, 567 nm bzw. 444 nm. c) CIE-Koordinaten von (S)-DO-PSeZ in Lösung und dotiertem Film. d) Einkristallstruktur von DO-PSeZ-B. e) Emissionsspektrum von DO-PSeZ-B bei Raumtemperatur unter 350-nm-Anregung; Einschub: Foto von DO-PSeZ-B. f) Transientes Photolumineszenz-Abklingspektrum von DO-PSeZ-B. g) Einkristallstruktur von DO-PSeZ-Y. h) Emissionsspektrum von DO-PSeZ-Y bei Raumtemperatur unter 350-nm-Anregung; Einschub: Foto von DO-PSeZ-Y. i) Transientes Photolumineszenz-Abklingspektrum von DO-PSeZ-Y. (Quelle: Angew. Chem. Int. Ed.)
3. Zirkular polarisierte Lumineszenzeigenschaften Das Enantiomer zeigt eine hohe Photolumineszenz-Quantenausbeute (42 %) und ein spiegelpolarisiertes Photolumineszenzsignal (g-Wert 2,6 × 10⁻³) im dünnen Film. Der g-Wert von WCPPL wird durch die Bragg-Reflexion am doppelschichtigen cholesterischen Flüssigkristall weiter auf 1,85 erhöht, den höchsten bisher gemeldeten Wert.
Abbildung 3. a) Zirkulardichroismusspektrum (CD) von (R)-/(S)-DO-PSeZ in verdünnter Toluollösung bei Raumtemperatur. b) Zirkular polarisiertes Emissionsspektrum (CPL) von (R)-/(S)-DO-PSeZ in einem mit 5 Gew.-% PPT dotierten Film bei Raumtemperatur. c) CPL-Spektrum einer Dreischichtstruktur bestehend aus 5 % (rac)-DO-PSeZ-(RFSY/RFSB) und 5 % (rac)-DO-PSeZ-(RFRY/RFRB) bei Raumtemperatur. (Quelle: Angew. Chem. Int. Ed.)
4. Elektrolumineszenzleistung Das Enantiomer zeigt zirkular polarisierte Elektrolumineszenz mit weißem Licht in OLEDs mit CIE-Koordinaten von (0,29, 0,33) und einer maximalen externen Quanteneffizienz von 3,1 %. Das Forschungsteam verbesserte den WCPEL-g-Wert durch Bragg-Reflexion des zweischichtigen cholesterischen Flüssigkristalls weiter auf 1,88 und stellte damit einen neuen Rekord für den höchsten bisher gemeldeten Wert auf.
Abbildung 4. a) Energieverteilung des weißen OLED-Geräts. b) EQE-Leuchtdichteeigenschaften der Geräte W2 und W3. c) Elektrolumineszenzspektren (EL) der Geräte W2 und W3. d) CIE-Koordinaten der Geräte W1, W2 und W3. e) Zirkular polarisierte Elektrolumineszenzspektren (CPEL) und gEL-gegen-Wellenlängen-Kurven der Geräte WR3 und WS3. f) CPEL-Spektren und gEL-gegen-Wellenlängen-Kurven der dreischichtigen Struktur bestehend aus W3-(RFSY/RFSB) und W3-(RFRY/RFRB). (Quelle: Angew. Chem. Int. Ed.)
Zusammenfassung
Das Team von Chen Chuanfeng und Lü Haiyan von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat erfolgreich ein Paar Multiemissionsenantiomere (R)-DO-PSeZ und (S)-DO-PSeZ entworfen und synthetisiert, indem es Selen-induzierte Konformationsisomerdonoren und chirale Carbonylakzeptoren organisch in einem einzigen molekularen Gerüst kombinierte. Es wurde festgestellt, dass das Enantiomer sowohl in Lösung als auch in dünnen Filmen weißes Licht emittiert und eine hohe Photolumineszenz-Quantenausbeute sowie spiegelpolarisierte Emissionssignale aufweist. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das Enantiomer in OLEDs auch zirkular polarisierte Elektrolumineszenzeigenschaften mit weißem Licht aufweist. Diese Forschung liefert eine wirksame Strategie für das Design und die Konstruktion von Einzelmolekül-Multiemissionsmaterialien und bietet auch eine neue Perspektive für die Entwicklung von Hochleistungs-WCPLs.
Papierinformationen
Leistungsstarke weiße zirkular polarisierte Photolumineszenz und Elektrolumineszenz aus Multiemissions-Enantiomeren
Pei Zhao, Wei-Chen Guo, Hai-Yan Lu und Chuan-Feng Chen
Angewandte Chemie Internationale Ausgabe
DOI: 10.1002/ange.202424918 Urheberrechtshinweis: Dieser Artikel ist ein Nachdruck von CBG Information. Medien oder Einzelpersonen, die keinen Nachdruck wünschen, können uns kontaktieren und wir werden sie umgehend löschen.
