Die theoretische interne Quanteneffizienz stabiler organischer Radikal-Leuchtmoleküle kann bis zu 100 % erreichen, aber derzeit sind Radikalmoleküle mit ausgezeichneter Leuchtleistung noch sehr begrenzt, und die Struktur-Wirkungs-Beziehung zwischen Struktur und Leuchteffizienz muss noch weiter aufgeklärt werden. In dieser Arbeit wurden zwei Radikalmoleküle TTM-1Cz [(4-N-Carbazolyl-2,6-dichlorphenyl) bis(2,4,6-trichlorphenyl)methyl] und TTM-DACz (Tris-2,4,6-trichlorphenylmethyl-1,5-diaza-carbazol) als Untersuchungsobjekte ausgewählt, die eine hochgradig ähnliche chemische Struktur, aber eine signifikante Differenz in der Leuchteffizienz aufweisen. Mithilfe der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie kombiniert mit dem polarisierbaren Kontinuumsmodell wurden systematisch ihre Absorptionsspektren, Emissionsspektren, Barrieren des ersten angeregten Zustands (The First Excited State, D₁), räumliche Überlappung von Elektronen-Loch-Orbitalen sowie Strahlungs- und Nichtstrahlungsraten verglichen, um den mikroskopischen physikalischen Mechanismus der Effizienzunterschiede auf molekularer Ebene aufzudecken. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die D₁-Zustände beider Moleküle Ladungstransfercharakter besitzen. Der Ersatz von Stickstoffatomen erhöht die D₁-Barriere von TTM-DACz signifikant, wodurch die Drehung des Dihedralwinkels zwischen Donor und Akzeptor effektiv eingeschränkt wird, sodass in angeregtem Zustand eine coplanarere Molekülkonformation erhalten bleibt. Die flachere Konformation verstärkt die räumliche Überlappung der Elektronen- und Lochorbitale von TTM-DACz und fördert die Erhöhung der Strahlungsübergangsraten. Darüber hinaus zeigen Schätzungen der Drehzeit, dass die Torsionsrelaxationszeit von TTM-DACz etwa 19 ns beträgt, während die von TTM-1Cz etwa 1,7 ps beträgt; die ultraschnelle Torsionsrelaxation bietet TTM-1Cz einen effizienten nichtstrahlenden Dissipationsweg. Quantitative Berechnungen zeigen, dass die Strahlungsrate von TTM-DACz (2,81 × 10⁷ s⁻¹) höher ist als bei TTM-1Cz (1,70 × 10⁷ s⁻¹), während die Nichtstrahlungsrate (6,94 × 10⁶ s⁻¹) deutlich niedriger ist als letztere (5,72 × 10⁷ s⁻¹); die photolumineszenten Quantenausbeuten der beiden liegen bei 80,2 % bzw. 22,9 % und unterscheiden sich um etwa das 3,5-Fache. Diese Arbeit offenbart den mikroskopischen Mechanismus, durch den der Stickstoffaustausch die D₁-Barriere und die Molekülkonformation reguliert, die Strahlungsrate synergistisch erhöht und die nichtstrahlende Relaxation unterdrückt, und liefert theoretische Leitlinien für das Moleküldesign effizienter organischer Radikal-Leuchtmaterialien.

organische Radikalmoleküle; photolumineszente Quantenausbeute; photophysikalische Prozesse; Dichtefunktionaltheorie