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Multiple Enol–Keto Isomerization and Excited-State Unidirectional Intramolecular Proton Transfer Generate Intense, Narrowband Red OLEDs

化学 分子内力 异构化 烯醇 光化学 窄带 激发态 质子 能量转移 化学物理 原子物理学 立体化学 催化作用 光学 有机化学 物理 量子力学
作者
Xiugang Wu,Chih‐Hsing Wang,Songqian Ni,Chi-Chi Wu,Yan‐Ding Lin,Hao-Ting Qu,Zong-Hsien Wu,Denghui Liu,Ming-Zhou Yang,Shi‐Jian Su,Weiguo Zhu,Kai Chen,Zicheng Jiang,Shang‐Da Yang,Wen‐Yi Hung,Pi‐Tai Chou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (35): 24526-24536
标识
DOI:10.1021/jacs.4c07364
摘要

A novel series of excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) emitters, namely, DPNA, DPNA-F, and DPNA-tBu, endowed with dual intramolecular hydrogen bonds, were designed and synthesized. In the condensed phase, DPNAs exhibit unmatched absorption and emission spectral features, where the minor 0–0 absorption peak becomes a major one in the emission. Detailed spectroscopic and dynamic approaches conclude fast ground-state equilibrium among enol–enol (EE), enol–keto (EK), and keto–keto (KK) isomers. The equilibrium ratio can be fine-tuned by varying the substitutions in DPNAs. Independent of isomers and excitation wavelength, ultrafast ESIPT takes place for all DPNAs, giving solely KK tautomer emission maximized at >650 nm. The spectral temporal evolution of ESIPT was resolved by a state-of-the-art technique, namely, the transient grating photoluminescence (TGPL), where the rate of EK* → KK* is measured to be (157 fs)−1 for DPNA-tBu, while a stepwise process is resolved for EE* → EK* → KK*, with a rate of EE* → EK* of (72 fs)−1. For all DPNAs, the KK tautomer emission shows a narrowband emission with high photoluminescence quantum yields (PLQY, ∼62% for DPNA in toluene) in the red, offering advantages to fabricate deep-red organic light-emitting diodes (OLED). The resulting OLEDs give high external quantum efficiency with a spectral full width at half-maximum (FWHM) as narrow as ∼40 nm centered at 666–670 nm for DPNAs, fully satisfying the BT. 2020 standard. The unique ESIPT properties and highly intense tautomer emission with a small fwhm thus establish a benchmark for reaching red narrowband organic electroluminescence.
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