シングレット・トリプレット・ギャップと,熱的に活性化された遅延光分子に対するDFT/MRCIの性能について

科学分野:

• コンピュータ化学
• 材料科学
• オーガニック電子

背景:

• 有機発光ダイオード (OLED) の効率化には,熱活性化遅延発光 (TADF) エミターが不可欠です.
• 新型 TADF 材料の設計には,シングレット-トリプレットエネルギーギャップ (ΔE_ST) と放射エネルギー (E_EM) の正確な理論的予測が不可欠である.
• 密度関数理論 (DFT) の方法は広く使用されていますが,TADFエミーターの精度は異なります.

研究 の 目的:

• TADFエミターの主要な性質を予測するための密度関数理論多参照構成相互作用 (DFT/MRCI) 方法の性能を評価する.
• DFT/MRCIの結果を,ドナー・アクセプターとマルチ共振TADFエミッターのベンチマークセットの実験データと比較する.
• TADFの特性のDFT/MRCI計算のための最適な計算設定を決定する.

主な方法:

• 計算はSTGABS27のベンチマークセットで DFT/MRCIの方法を使って行われました.
• この研究では,計算されたシングレット-トリプルエネルギーギャップ (ΔE_ST) と光エネルギー (E_EM) を実験値と比較した.
• 垂直近似,幾何学的なリラクゼーション,状態特有の溶解モデル (ROKS+PCM) を含む様々な計算アプローチがテストされました.

主要な成果:

• DFT/MRCIは堅実な性能を示し,垂直近似 (ガス相) で ΔE_STの平均絶対偏差 (MADs) が0.06 eV,E_EMの0.21 eVであった.
• 驚くことに,幾何学的なリラックスとソルテーション効果を含めると,体系的に精度が向上せず,時には信頼性の低い結果をもたらしました.
• 最も単純なDFT/MRCIアプローチ (ガスの相での垂直近似) は,これらの特性に対して最も正確であることが示された.

結論:

• DFT/MRCIは,TADFエミッターの初期スクリーニングのための信頼できる方法であり,関連する状態を効果的に特定し,ΔE_STを予測します.
• 状態特有の軌道最適化 DFT のような計算的により少ない要求の方法が存在する一方で,DFT/MRCI は,すべての低い興奮状態と移行特性を同時に計算する利点を提供します.
• 精密な精度のために,DFT/MRCI結果は,より正確な州特有のDFT方法 (例えば,ROKS, (Δ) UKS) によって補完され,ΔE_STで0.03 eV未満のMADを達成することができます.