近日，中國科大周蒙教授課題組與首都師大付紅兵教授團隊合作，揭示了聚集效應對熱致延遲熒光材料發光性質調控的機制。研究成果以“Aggregation Enhanced Thermally Activated Delayed Fluorescence through Spin-Orbit Coupling Regulation”為題，在《德國應用化學》上發表，并被選為熱點文章。

將聚集誘導發射(AIE)效應集成到熱致延遲熒光(TADF)發光材料中，能夠為高效有機發光二極管(OLED)的發展提供巨大潛力。雖然該類材料與器件的合成與制作取得了一些進展，但對相應的理論機制仍缺乏了解。在該工作中，研究團隊旨在通過聚集效應來控制激發態的動態過程從而調節TADF。

研究發現，聚集不僅同時增強了即時熒光和延遲熒光，而且對分子激發態構象變化給予束縛作用。這種束縛不僅增強了自旋軌道耦合(SOC)，而且減小了單重態和三重態之間的能差(DE_ST)。本工作揭示了聚集效應調控TADF的基本機制的理解，為高效光致發光材料的設計提供了指導。

研究團隊首先分析了目標材料DCzBF₂在N₂氣氛和O₂氣氛下聚集效應對TADF的調控。研究發現無論在N₂氣氛還是在O₂氣氛下，DCzBF₂都表現出明顯聚集增強發光的效應。同時，發現在N₂氣氛中DCzBF₂的即時熒光和延遲熒光的相對比例隨著聚集效應的增強始終保持不變。

利用超快光譜研究發現，聚集后分子的激發態構象變化過程被顯著抑制。然而超快光譜在液相中未捕捉到TADF過程，但在膜相中卻捕捉到相應的過程。量化計算揭示這是由于膜相中分子的構象轉動被抑制，增強了發生系間竄越(ISC)過程的單重態與三重態之間的SOC，且減小了相應的DE_ST，從而產生較強的三重態信號。最后作者研究了不同聚集程度對激發態弛豫過程的影響，研究發現聚集效應增強會導致激發態弛豫過程變慢，并且在低聚集程度下還存在激發態構象變化過程，而高聚集程度下激發態構象變化完全抑制。

該研究展示了在TADF材料中整合AIE效應的可行性，并揭示了相應的工作機制。研究發現，隨著聚集效應的增強，即時熒光和延遲熒光逐漸增強，但聚集效應不會改變單重態輻射速率和ISC速率之間的比值。此外，溶液和薄膜中超快光譜和理論計算研究進一步揭示增強SOC、減小DE_ST是聚集增強TADF的本質原因。

中國科大張偉特任副研究員為論文第一作者；中國科大周蒙教授、孔潔特任副研究員及首都師大付紅兵教授為該論文的通訊作者。該工作得到了中國科學院和國家自然科學基金委的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202404978

（合肥微尺度物質科學國家研究中心、科研部）