Brightening triplet excitons enable high-performance white-light emission in organic small molecules via integrating n-- transitions

n--遷移の統合による有機低分子の高性能白色発光を可能にする輝尽三重項励起子

Yang, Q.*; Yang, X.*; Wang, Y.*; Fei, Y.*; Li, F.*; Zheng, H.*; Li, K.*; Han, Y.*; 服部 高典   ; Zhu, P.*; Zhao, S.*; Fang, L.*; Hou, X.*; Liu, Z.*; Yang, B.*; Zou, B.*

Yang, Q.*; Yang, X.*; Wang, Y.*; Fei, Y.*; Li, F.*; Zheng, H.*; Li, K.*; Han, Y.*; Hattori, Takanori; Zhu, P.*; Zhao, S.*; Fang, L.*; Hou, X.*; Liu, Z.*; Yang, B.*; Zou, B.*

明るい一重項励起子と三重項励起子を同時に発現する発光材料は、オプトエレクトロニクス、サイネージ、情報暗号化において大きな可能性を秘めている。しかしながら、高性能の白色発光を実現するためには、蛍光と燐光の寄与が不均衡であることが大きな障害となっている。ここでは、水素結合の協同効果による圧力処理エンジニアリングによって、n--遷移の混合を実現し、イソフタル酸(IPA)中で三重項状態の発光を7%から40%に高めることで、この課題に対処した。加圧処理したIPAでは、蛍光と燐光のハイブリッドに基づく優れた白色発光が得られ、フォトルミネッセンス量子収率は当初の19%(青色発光)から75%に増加した。その場での高圧IRスペクトル、X線回折、中性子回折から、圧力の上昇に伴い水素結合が連続的に強化されることが明らかになった。さらに、この強化された水素結合は、圧力処理後も常圧条件下まで保持され、バランスの取れた一重項/三重項励起子集団のための効率的な系間交差を目的としたIPAに与え、効率的な白色発光をもたらした。この研究は、有機低分子の三重項状態を明るくするルートを提案するだけでなく、一重項励起子と三重項励起子の比率を調節して、高性能の白色発光を構築するものである。

Luminescent materials that simultaneously embody bright singlet and triplet excitons hold great potential in optoelectronics, signage, and information encryption. However, achieving high-performance white-light emission is severely hampered by their inherent unbalanced contribution of fluorescence and phosphorescence. Herein, we address this challenge by pressure treatment engineering via hydrogen bonding cooperativity effect to realize the mixture of n-- transitions, where the triplet state emission was boosted from 7% to 40% in isophthalic acid (IPA). A superior white-light emission based on hybrid fluorescence and phosphorescence was harvested in pressure-treated IPA, and the photoluminescence quantum yield was increased to 75% from the initial 19% (blue-light emission). In-situ high-pressure IR spectra, X ray diffraction, and neutron diffraction reveal continuous strengthening of the hydrogen bonds with the increase of pressure. Furthermore, this enhanced hydrogen bond is retained down to the ambient conditions after pressure treatment, awarding the targeted IPA efficient intersystem crossing for balanced singlet/triplet excitons population and resulting in efficient white-light emission. This work not only proposes a route for brightening triplet states in organic small molecule, but also regulates the ratio of singlet and triplet excitons to construct high-performance white-light emission.