有机电致发光材料：双极性蓝光主体材料量化研究

蓝色磷光有机发光二极管(PhOLED)的研发进程滞后于红绿磷光器件，已经制约了高质量信息显示与白光照明发展。蓝色磷光器件性能不尽如人意的根本原因在于高效率的蓝色磷光材料的匮乏。近年来，国内外OLED研发者对蓝光磷光材料进行了广泛深入的研究，有力推动了蓝光和白光器件的向前发展，但距商业化生产的实现仍有相当的距离，蓝色PhOLED发光效率的提高依然是今后亟待解决的课题。
蓝色磷光材料对器件的其他部分(包括主体材料、传输层、阻挡层)提出相对苛刻的要求。特别对于主体材料，有效的主客体能量转移要求主体材料的三态能(大于2.65eV)高于蓝色磷光材料的三态能，来实现三态激子有效局域在磷光材料上，实现客体磷光发射。相对于红绿光主体材料，有效的双极性蓝光主体材料仍然比较缺乏，这主要是由于一个材料很难同时具备高的三态能和平衡的电子空穴注入和传输能力。
本书的作者多年来致力于主体材料的设计和理论研究，通过运用多种量子化学手段，构建多种杂化模式的双极性主体材料，对其电子结构和性能之间的关系进行深入探索，同时对实验报道结果进行合理解释与模拟，还构建了有效的能量转移主客体系统。本研究成果为实验工作者提供理论指导。
该书包括7章内容：第1章概述(武洁)，第2章理论基础和计算方法(阚玉和)，第3章基于氧(硫)化膦/咔唑基蓝色磷光主体材料的理论研究——可有效调节电荷注入性能而不影响三态能(武洁)，第4章基于苯咔唑/氧化膦的星形状的深蓝色磷光主体材料的量化表征和设计(武洁)，第5章绿光到深蓝光磷光主体材料的理论设计(武洁、阚玉和)，第6章基于氧化膦基(三苯胺)芴的深蓝光主体材料的量化表征和设计(武洁)，第7章1，4-BN杂环对【6】CPPs的三态能、激子分布以及芳香性的调控机制研究(阚玉和、武洁)。其中，第3～6章是关于有机小分子双极性蓝光主体材料的研究，采用的设计策略是通过不同方式的非共轭连接给电子体(D)和受电子体基团(A)，这种非共轭连接D-A结构不仅可以有效提高电子和空穴的注入和传输能力，还可以通过把三重激发态局域在给体或受体部分确保其高的三态能。第7章主要是对于BN掺杂修饰纳米环型主体材料的理论设计。BN恰当位置的引入不仅赋予纳米环兼有给电子和受电子的性能，同时使其具有很高的三态能。该工作的部分内容已被收录在Journal of Materials Chemistry C杂志上。全书由长春理工大学苏忠民教授审定。
本书的出版得到了内蒙古自治区自然科学基金项目“化学修饰纳米环型蓝色磷光主体材料的设计(2018BS02003)”和内蒙古自治区沙生灌木资源纤维化和能源化开发利用重点实验室的资助，在此表示衷心的感谢。

编著者
2020年1月

本书展示了作者近年来通过运用量子化学方法设计并研究大量双极性蓝色磷光主体材料（包括D-A型有机小分子、纳米环和纳米管等体系）的成果。本书分为7章，第1章是概述，对有机电致磷光器件、常见的磷光材料以及典型的红绿蓝色磷光主体材料进行综述；第2章是理论基础和计算方法，包括量子化学计算方法、电子激发态理论、分子激发态能量转移，以及本书理论计算中具体运用的计算方法；第3～7章是专题，按照不同的系列体系，分为五个章节，介绍通过量化手段研究体系的几何结构、前线分子轨道和单三激发态的分布和能级、芳香性、激发态的跃迁属性以及主客体能量转移机制，进而初步预测研究体系的电子和空穴注入能力以及是否适合用作各种颜色的磷光主体材料。
本书学术思想新颖，对磷光OLED的设计、合成和应用均具有重要的指导作用。本书还可以作为从事有机(聚合物)电致发光研究方面的参考书，也可以作为高等学校相关专业的教学参考书使用。

第1章概述1
1.1有机电致磷光器件简介3
1.2常见的磷光客体材料5
1.3典型主体材料7
1.3.1空穴传输主体材料7
1.3.2电子传输主体材料8
1.3.3双极性传输主体材料9
1.4磷光主体材料的性能参数20
1.4.1蓝光主体材料需要满足的条件21
1.4.2主客体系统的能量转移机制21
1.5本书的研究意义和内容23
1.5.1研究意义23
1.5.2研究内容24

第2章理论基础和计算方法25
2.1量子化学计算方法27
2.1.1价键理论27
2.1.2分子轨道理论28
2.1.3密度泛函理论29
2.2电子激发态理论32
2.2.1激发态的形成32
2.2.2激发态的失活33
2.2.3最低单三重激发态及单三劈裂能35
2.3分子激发态能量转移37
2.3.1Frster和Dexter转移机制37
2.3.2能量转移的影响因素38
2.4理论计算的主要手段39
2.4.1主要研究思路39
2.4.2计算程序和软件的熟练运用40
2.4.3理论计算方法的选取40
2.4.4电子结构与性质的表征41

第3章基于氧(硫)化膦/咔唑基蓝色磷光主体材料的理论研究——可有效调节电荷注入性能而不影响三态能43
3.1引言45
3.2计算方法46
3.3结果与讨论49
3.3.1研究体系分类49
3.3.2几何结构50
3.3.3分子轨道和电荷注入52
3.3.4三线态能和自旋密度分布54
3.3.5最低单三态劈裂能57
3.4本章小结63

第4章基于苯咔唑/氧化膦的星形状的深蓝色磷光主体材料的量化表征和设计65
4.1引言67
4.2计算方法69
4.3结果与讨论70
4.3.1分子轨道和电荷注入70
4.3.2单三态跃迁属性和能量值76
4.3.3主体材料和磷光客体材料的匹配78
4.4结论79

第5章绿光到深蓝光磷光主体材料的理论设计81
5.1引言83
5.2计算方法85
5.3结果与讨论88
5.3.1分子轨道和最低单线激发态88
5.3.2三态能和T1的跃迁特征91
5.3.3主体材料和磷光客体间能级匹配95
5.4本章小结97

第6章基于氧化膦基(三苯胺)芴的深蓝光主体材料的量化表征和设计99
6.1引言101
6.2计算方法103
6.3结果与讨论107
6.3.1前线分子轨道和最低单线态107
6.3.2最低三态能及其跃迁属性109
6.3.3主体材料和磷光客体的匹配115
6.4本章小结118

第7章1，4-BN杂环对【6】CPPs的三态能、激子分布以及芳香性的调控机制研究119
7.1引言121
7.2初步探索：单一BN杂环取代的【6】CPP124
7.3寻求高三态能BN-【6】CPP分子的设计128
7.3.1三态能129
7.3.2芳香性134
7.3.3电子/空穴的注入能力137
7.4结论138
7.5计算方法139

参考文献141