Yüksek enerjili eksiton mekanizmalarına sahip yeni floresans moleküllerin sentezi ve organik ışık yayan diyot uygulamaları
Synthesis of new fluorescent molecules with hot-exciton mechanisms and organic light-emitting diode applications
Yazar: DİLEK ALIMLI
Danışman: PROF. DR. AYŞE GÜL GÜREK ; PROF. DR. HAKAN USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Yüksek elektrolüminesans verimliliğine sahip nadir-metalsiz ve çözeltiden işlenebilir floresans moleküllerinin geliştirilmesi, yeni nesil optoelektronik için organik ışık yayan malzeme/aygıt uygulamalarında en önemli ve en çok çalışılan konulardandır. Bu amaçla en umut verici yaklaşımlardan biri olarak, son on yılda hibridize lokal ve yük transferi (HLCT) uyarılmış durumlarıyla yüksek enerjili eksiton molekülleri raporlanmıştır. Günümüzde tüm spektral bölgede moleküler yapıların kapsamını ve yüksek verimli lüminesansı genişletmek için yüksek enerjili eksiton mekanizmalı moleküllerin kütüphanesini incelemek ve geliştirmek hala en elzem ve ender konulardan biridir. Bu çalışmada, yeni, yüksek çözünürlüğe sahip oligo(p-fenilenetilenilen) tabanlı 1,4-bis((2-siyanofenil)etinil)-2,5-bis(2-etilheksiloksi)benzen (2EHO-CNPE), 1,4-bis ((4'-difenilamino-3-siyano-[1,1'-bifenil]-4-il)etinil)-2,5-bis(2-etilheksiloksi)benzen (2EHO-TPA-CNPE), 6,6'((2,5-bis((2-etilhekzil)oksi)-1,4-fenilen)bis(etin-2,1-diyil))bis(3-(triflorometil)piridin)  (2EH-TFMPE), ve 5,5'-((2,5-bis((2-etilheksil)oksi)-1,4-fenilen)bis(etin-2,1-diyil)) bis(tiyofen-2-karbonitril)  (2EH-CNTE) küçük molekülleri tasarlandı ve sentezlendi. TDDFT hesaplamaları, 2EHO-CNPE ve 2EHO-TPA-CNPE'de yüksek triplet durumdan ilk singlet durumuna kadar (T2/T3 → S1) (hot-exciton channels) klasik floresan OLED'lerde %25 teorik sınırını kıran yüksek ışımalı bir dışa aktarma verimi (ηr ~%69 ve %50) sağlayan ters sistemler arası geçiş (RISC) prosesine işaret etmektedir. Bu sonuçlar, uygun şekilde tasarlanmış floresan oligo(p-fenilenetilen) moleküllerinin yüksek performanslı, çözeltiden işlenmiş koyu mavi OLED'lerde anahtar bir rol oynayabileceğini göstermektedir. 
Burada elde edilen elektrolüminesans performansları, çözeltiden-işlenmiş koyu mavi ve yeşil floresans küçük bir molekül için bugüne kadar bildirilen en yüksek değerler arasındadır ve bildiğimiz kadarıyla ilk defa oligo(p-fenilenetilenilen) π-iskelete sahip bir OLED rapor edilmiştir.

Abstract:
The development of rare-metal-free and solution-processable fluorescent molecules with high electroluminescence efficiency is at the forefront of organic light-emitting material/device studies for new generation optoelectronics. As one of the most promising approaches to this end, hot-exciton molecules with hybridized local and charge-transfer (HLCT) excited states have been introduced in the past decade. Today, it is still of utmost urgency to study and develop the library of hot-exciton molecules to widen the scope of molecular structures and high efficiency luminescence across the entire spectral region. In this study,  a novel highly soluble oligo(p-phenyleneethynylene)-based small molecule, 1,4-bis((2-cyanophenyl)ethynyl)-2,5-bis(2-ethylhexyloxy)benzene (2EHO-CNPE), 1,4-bis((4'-diphenylamino-3-cyano-[1,1'-biphenyl]-4-yl)ethynyl)-2,5-bis(2-ethylhexyloxy)benzene (2EHO-TPA-CNPE), 6,6'((2,5-bis((2-ethylhexyl)oxy)-1,4-phenylene)bis (ethin-2,1-diol))bis(3-(trifluoromethyl)pyridine) (2EH-TFMPE), and 5,5'-((2,5-bis((2-ethylhexyl)oxy)-1,4-phenylene)bis(ethin-2,1-diol)) bis (thiophene-2-carbonitrile) (2EH-CNTE) are  designed, synthesized, and fully characterized. TDDFT calculations point to facile reverse intersystem crossing (RISC) processes in 2EHO-CNPE and 2EHO-TPA-CNPE from high-lying triplet states to the first singlet excited state (T2/T3 → S1) (hot-exciton channels) that enables a high radiative exciton yield (ηr ~ 69% and 50%) breaking the theoretical limit of 25% in conventional fluorescent OLEDs. These results demonstrate that properly designed fluorescent oligo(p-phenyleneethynylene)s can be a key player in high-performance deep-blue OLEDs.
The electroluminescence performances obtained here are among the highest values ever reported for a small molecule of solution-processable deep blue and green fluorescence, and to our knowledge an OLED with oligo (p-phenylenethylene) π-systems has been reported for the first time.