يمكن أن تصل الكفاءة الكمومية الداخلية النظرية لجزيئات الجذور الحرة العضوية المضيئة إلى 100٪، لكن الجزيئات الحرة ذات الأداء البصري الممتازة الحالية لا تزال محدودة للغاية، ولا تزال العلاقة البنائية-الوظيفية بين الهيكل والكفاءة البصرية بحاجة إلى مزيد من التوضيح. تختار هذه الورقة بحث جزيئين من الجذور الحرة TTM-1Cz [(4-N-carbazolyl-2,6-dichlorophenyl) bis (2,4,6-trichlorophenyl) methyl] و TTM-DACz (tris-2,4,6-trichlorophenylmethyl-1,5-diaza-carbazole) اللذين لديهما هيكل كيميائي مشابه للغاية ولكن كفاءة الإضاءة تختلف بشكل كبير، باستخدام نظرية الكثافة الدالية المؤقتة مع نموذج وسط الاستقطاب المستمر، لمقارنة أنماط الامتصاص، أنماط الانبعاث، حواجز الحالة المثارة الأولى (The First Excited State, D₁)، تداخل مدارات الإلكترون والثقب، وسرعات الإشعاع وعدم الإشعاع، بهدف الكشف على المستوى الجزيئي عن الآلية الفيزيائية الدقيقة لفروق كفاءة الإضاءة. تظهر النتائج الحاسوبية أن حالتي D₁ لكل من الجزيئين تتمتعان بخصائص انتقال شحنة. يؤدي استبدال ذرات النيتروجين إلى زيادة ملحوظة في حاجز الحالة D₁ لـ TTM-DACz، مما يقيّد بفعالية تدوير الزاوية المحورية بين المانح والمستقبل، مما يحافظ على بنية جزيئية أكثر تناظرًا في الحالة المثارة. يعزز المستوى الأكثر تراصفًا التداخل الفضائي لمدارات الإلكترون والثقب في TTM-DACz، مما يعزز سرعة الانتقالات الإشعاعية الخاصة به. علاوة على ذلك، تُظهر تقديرات وقت الالتواء أن وقت ارتخاء الالتواء لـ TTM-DACz حوالي 19 نانوثانية، في حين أن TTM-1Cz يبلغ حوالي 1.7 بيكوثانية، ويوفر ارتخاء الالتواء الفائق السرعة لـ TTM-1Cz مسارًا فعالًا لفقدان الطاقة غير الإشعاعي. تشير الحسابات الكمية إلى أن سرعة الإشعاع لـ TTM-DACz (2.81 × 10⁷ s⁻¹) أعلى من TTM-1Cz (1.70 × 10⁷ s⁻¹)، في حين أن سرعة عدم الإشعاع (6.94 × 10⁶ s⁻¹) أقل بشكل ملحوظ من الأخيرة (5.72 × 10⁷ s⁻¹)، وكفاءة الكمومية الناتجة عن التوهج الضوئي لكل من الجزيئين هي 80.2٪ و 22.9٪ على التوالي، بفارق حوالي 3.5 مرات. تكشف هذه الدراسة عن الآلية الدقيقة التي من خلالها يؤدي استبدال ذرات النيتروجين إلى تحسين حواجز D₁ والتكوين الجزيئي، مما يعزز سرعة الإشعاع ويثبط ارتخاء عدم الإشعاع بشكل متكامل، ويقدم إرشادات نظرية لتصميم جزيئات عضوية فعالة من الجذور الحرة الضوئية.

جزيئات الجذور الحرة العضوية; كفاءة الكمومية الناتجة عن التوهج الضوئي; العمليات الفيزيائية الضوئية; نظرية الكثافة الدالية