Theoretical Study of Conversion and Decay Processes of Excited Triplet and Singlet States in a Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecule

系统间交叉 荧光 激发态 单重态 光化学 分子 辐射传输 化学 原子物理学 物理 光学 有机化学
作者
Qian Peng,Di Fan,Ruihong Duan,Yuanping Yi,Yingli Niu,Dong Wang,Zhigang Shuai
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:121 (25): 13448-13456 被引量:152
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.7b00692
摘要

Quantitative understanding of the photophysical processes is essential for developing novel thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials. Taking as an example 1,2,3,5-tetrakis(carbazol-9-yl)-4,6-dicyanobenzene, a typical TADF-active molecule, we calculated the interconversion and decay rates of the lowest excited singlet and triplet states at different temperatures as well as the prompt and delayed fluorescence efficiencies at 300 K at the first-principles level. Our results can reproduce well the experimentally available data. It is found that the reverse intersystem crossing rate (kRISC) is sharply increased by 3 orders of magnitude, while the other rates increase slightly or remain unchanged when the temperature rises from 77 to 300 K. Importantly, kRISC reaches up to 1.23 × 106 s–1 and can compete with the radiative and nonradiative decay rates of S1 (1.11 × 107 and 2.37 × 105 s–1) at 300 K, leading to an occurrence of delayed fluorescence. In addition, our calculations indicate that it is the freely rotational motions of the carbazolyl between two cyano groups that are responsible for the interconversion between S1 and T1. The large torsional barriers of other three adjacent carbazolyl groups block the nonradiative decay channels of S1 → S0, leading to strong fluorescence. This work would provide useful insight into the molecular design of high-efficiency TADF emitters.
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