Insights from QM/MM-ONIOM calculations: the TADF phenomenon of phenanthro[9,10-d]imidazole-anthraquinone in the solid state

文献情報

出版日 2021-08-19
DOI 10.1039/D1CP00578B
インパクトファクター 3.676
著者

Huixue Li, Xiaofeng Wang, Kun Yuan, Lingling Lv, Zhifeng Li


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要旨

In this paper, we employed first-principles methods and the QM/MM technique to study the thermally activated delayed fluorescence (TADF) phenomenon of a near-infrared molecule (PIPAQ) in vacuum, solution, and the aggregation state. Our calculated results show that (1) the cluster can decrease the energy gap between the first singlet excited state (S1) and the first triplet state (T1) compared with the monomer, furthermore, the T1 state and S1 state in the cluster are energetically closer to each other, which implies that the energy gap is smaller in comparison with that in solution and can promote the intersystem crossing (ISC) process due to the surrounding effect; (2) the optimally tuned range-separated functional is applicable to simulation of excited states and the outcomes are in good agreement with experimental values; (3) the reorganization energies associated with ISC and the reverse intersystem crossing (RISC) processes between the S1 and T1 states are sensitive to the calculated methods and the environments, and thus the following calculated ISC and RISC rates vary dramatically according to different reorganization energies; (4) all radiative and nonradiative rates are insensitive to temperature, but sensitive to environments, all the radiative rates increase in the cluster while the nonradiative rates decrease, which enhances the fluorescence quantum efficiency and agrees with the observed value. The above results demonstrate that the surrounding effects are very important for modulating the photophysical properties of the PIPAQ compound. Finally, this studied conclusion can give a helpful insight into the TADF mechanism for the title compounds, by which novel TADF materials with excellent performance could be rationally designed.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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