Blocking Orbital π‐Conjugation to Boost Spin‐Orbit Coupling in Carbonyl‐Embedded Polycyclic Heteroaromatic Emitters

联轴节(管道) 阻塞(统计) 轨道(动力学) 物理 化学 材料科学 计算机科学 工程类 计算机网络 航空航天工程 冶金
作者
Rajat Walia,Xiao‐Chun Fan,Le Mei,Wangguo Guo,Kai Wang,Chihaya Adachi,Xiankai Chen,Xiaohong Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202503371
摘要

Both reducing singlet‐triplet energy gaps (ΔES1T1) and enhancing spin‐orbit couplings (SOCs) are key to improving reverse intersystem crossings rates (kRISC) in thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials. While considerable efforts have focused on reducing ΔES1T1, investigations on SOCs remain limited. Here, we propose blocking π‐conjugation in carbonyl‐embedded polycyclic heteroaromatic (PHA) molecules as potential approach to elevate ππ* excitation energy, allowing its hybridization with nπ* excitation, thereby increasing SOCs. We synthesized two proof‐of‐concept isomers, DNDK‐1 and DNDK‐2, with different orientations of carbonyl units. DNDK‐1 adopts heavily twisted structure that hinders π‐conjugation, while DNDK‐2 remains quasi‐planar, maintaining stronger π‐conjugation. Experimental measurements revealed stark differences in their photophysical properties, with DNDK‐1 exhibiting faster kRISC and much higher electroluminescence efficiency. The ab‐initio calculations elucidate that hindered conjugation in DNDK‐1 elevates ππ* excitation energy, enabling nπ*‐ππ* mixing, thus significantly boosting SOCs. In contrast, smooth π‐conjugation in DNDK‐2 leads to marginal nπ*‐ππ* mixing. In addition, utilizing groups composed of meta‐arranged carbonyl‐Ar‐carbonyl and meta‐arranged N‐Ar‐N units emerges as another approach to block π‐conjugation and enhance SOCs. This joint experimental and theoretical work provides promising pathways to enhance SOCs by blocking π‐conjugation, offering crucial insights for designing carbonyl‐embedded PHA emitters with larger SOCs.
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