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异金属掺杂或替代是制备合金团簇的一种诱人的合成策略。在同金属团簇中掺杂异金属来制备合金团簇能够显著地优化其物理化学特性并提升光电性能,是改善其热力学稳定性并提高激发态发光效率最有效的途径之一。然而,通过在同金属团簇内核的亚稳定位点替换特定的异金属原子来实现同构合金团簇的精准制备极具挑战性。 由于具有特定尺寸、成键特性和电子结构的不同金属之间有利于弥补其各自的缺点并消除各自的短板,异核团簇或合金团簇在改善物理化学性能并裁剪光学和电子特性方面可完美地实现取长补短、优势互补。因此,不同的币金属之间的互补或协同效应往往导致合金团簇的发光效率高于相应的同核团簇,因为异金属取代特定的金属位点通常会产生更紧密的分子结构,更高的分子刚性,以及更快的单线态-三线态系间穿越(ISC)和反系间穿越(RISC),由此极大地抑制非辐射去活化,同时提高辐射弛豫的能量利用效率。
近日,中国科学院福建物质结构研究所陈忠宁和徐亮金研究员等报道了一种简便但可行的合成策略,用于精准制备手性合金团簇对映体。与同核团簇对映体R/S-Ag7相比,合金团簇对映体R/S-Ag6Cu具有更高的发光效率、更好的热力学稳定性和更优的圆偏振发光(CPL)性能。其中R/S-1,1'-联二萘-2,2'-磷酸二酯(R/S-BinapPO4H)配体的手性特征被显著放大并转移到金属团簇中。通过将同金属团簇R/S-Ag7中的一个Ag(I)原子替换为Cu(I),以85%-87%的高产率实现了手性合金团簇R/S-Ag6Cu的精准合成。由于S1(最低能单线态)和T1(最低能三线态)之间的能垒相当小(约0.07 eV),R/S-Ag6Cu通过反系间穿越实现了高效率的热活化延迟荧光(TADF)。因此,在常温下,R/S-Ag7和R/S-Ag6Cu的光致发光(PL)主要产生于TADF(占比85%和86%),而不是磷光(占比15%和14%)。Cu(I)的掺杂不仅由于显著加速了系间穿越(ISC)和反系间穿越(RISC),导使R/S-Ag6Cu(Fem = 91.8%-90.3%)的光致发光量子产率提高到R/S-Ag7(Fem = 28.0%-26.9%)的三倍多,而且还由于更强的Ag-Cu相互作用使合金团簇结构更加刚性化,致使R/S-Ag6Cu的圆偏振发光(CPL)不对称因子相对于R/S-Ag7翻倍。另外,R-Ag6Cu在300℃下保持不变,而R-Ag7在200℃以下开始分解,表明Cu(I)的掺杂显著提高了合金团簇的热稳定性。对于R/S-Ag6Cu,溶液加工的圆偏振有机发光二极管(CP-OLED)表现出高效的圆偏振电致发光,其外量子效率(EQE)为26.7%,优于大多数通过溶液加工的红光OLEDs。 通过在同金属团簇R/S-Ag7中掺杂Cu(I),该研究成功地实现了高产率合金团簇R/S-Ag6Cu的精准合成。这项工作不仅证明了在同金属团簇中掺杂异金属能够显著提高热力学稳定性和圆偏振发光特性,而且为设计合成具有特定发光性能的合金团簇提供了深刻的见解。 论文信息 Doping Copper(I) in Ag7 Cluster for Circularly Polarized OLEDs with External Quantum Efficiency of 26.7 % Xu-Yang Ding, Lin-Xi Shi, Jin-Yun Wang, Liang-Jin Xu, Li-Yi Zhang, Zhong-Ning Chen 文章的第一作者是中国科学院福建物质结构研究所的博士研究生丁旭阳。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202417934

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