帅志刚课题组提出新的提高聚集体发光效率的机理

nankou

近年来，集发光传输于一体的有机发光晶体管(OLETs, Organic Light-Emitting Transistors)引起了人们的关注。有利于传输的有机分子晶体大多是H-型的堆积，其最低激发态都是反对称的暗态，即分子间的振子强度互相递交。而头尾相连的J-聚集体有利于发光，但传输性能不好。因此，发光与传输总是相互矛盾。通过引入分子间电荷转移，并在激发态的透热化表象上构造了三态模型哈密顿矩阵（图1），帅志刚课题组最近提出了一种新的分子设计方案，允许在鱼骨状H-聚集体中，通过分子间的电子转移和空穴转移位相相同，(te与th符号相同)，可以将H聚集体中的低能暗态变亮，即通过电荷转移态(CT)与高能级的亮态耦合，当     (J是分子间的激子耦合)， 所形成新的激发态的能级会低于暗态，从而导致H-聚集体发光（图2a）。同理，如果电子转移与空穴转移的位相相反(te与th符号相反，或小于分子间的激子耦合J)，CT态会将J-聚集体的亮态变暗（图2b）。

图1. 双分子体系激发态的透热表象下的最小哈密顿矩阵

图2. CT态与分子内Frenkel Exciton(FE)耦合，可以出现H-聚集体的暗态变亮(a)以及J-聚集体的亮态变暗(b)。

图3. 一系列实际分子体系及堆积结构（(b)中选取了最大耦合的分子对）

        该理论模型结合量子化学计算，解释了一系列基于蒽的H-型鱼骨状堆积的分子晶体的发光行为，如对于An、DPA和dNaAnt双分子体系，理论计算表明堆积会使发光增强，而对于o-DPYA、m-DPYA和DSB体系，堆积结构无法改变暗态的排布，从而堆积使得发光淬灭。这些理论计算结果与多个实验结果完全一致，从而为有机发光晶体管的分子设计提供了理论模型，即H-堆积的聚集体中保证    。
        研究工作详见Qi Sun, Jiajun Ren, Tong Jiang, Qian Peng, Qi Ou,* and Zhigang Shuai*, Intermolecular Charge-Transfer-Induced Strong Optical Emission from Herringbone H‑Aggregates. Nano Lett., 2021, 21, 5394−5400 第一作者是化学系2018级直博生孙琪，清华水木学者欧琪和帅志刚是共同通讯作者。
        论文链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01734.


         文章来源：清华大学
         帅志刚，清华大学化学系教授、博士生导师，中国化学会常务理事、副秘书长、理论化学专业委员会主任。2000年入选中国科学院化学研究所“百人计划”；2004年获得国家杰出青年科学基金；2006年“新世纪百千万人才国家级人选”；2008年任清华大学化学系教授，同年入选教育部“长江学者特聘教授”；2008年当选国际量子分子科学院院士，成为继我国著名量子化学家唐敖庆教授于1981年当选为该科学院院士后，中国第二位当选的院士；2009年当选为英国皇家化学会会士；2011年当选总部位于伦敦的欧洲科学院外籍院士；2012年获得中国化学会-阿克苏诺贝尔化学科学奖；2013年当选为比利时皇家科学院外籍院士(RoyalAcademy of Belgium)，成为该科学院241年以来第一位来自中国的外籍院士。担任第15届国际量子化学大会主席（2015年，北京）。担任JMater Chem A 、《化学学报》和《大学化学》的副主编，以及TheoreticalChemistry Accounts、Nanoscale、ChemPhys Lett、WIRESMol Sci、JMater Chem C、ChemAsian J、中国科学-化学等编委或顾问编委。