안정한 유기 자유 라디칼 발광 분자의 이론적 내부 양자 효율은 100%에 달할 수 있지만, 현재 우수한 발광 성능을 가진 자유 라디칼 분자는 매우 제한적이며, 구조와 발광 효율 간의 구조-효과 관계는 추가적인 설명이 필요합니다. 본 논문에서는 화학 구조가 매우 유사하지만 발광 효율 차이가 현저한 두 자유 라디칼 분자 TTM-1Cz [(4-N-카바졸릴-2,6-디클로로페닐) 비스(2,4,6-트리클로로페닐)메틸]과 TTM-DACz (트리스-2,4,6-트리클로로페닐메틸-1,5-디아자-카바졸)를 연구 대상으로 선택하였으며, 시간 의존 밀도 범함수 이론과 극성 연속 매질 모델을 결합하여 두 분자의 흡수 스펙트럼, 방출 스펙트럼, 첫 번째 여기 상태 (The First Excited State, D₁) 장벽, 전자-정공 궤도 공간 중첩 및 방사성 및 비방사성 속도 등을 체계적으로 비교하여 분자 수준에서 발광 효율 차이의 미시적 물리 메커니즘을 밝히고자 하였습니다. 계산 결과 두 분자의 D₁ 상태가 모두 전하 이동 특성을 나타냄을 보였습니다. 질소 원자 치환은 TTM-DACz의 D₁ 상태 장벽을 현저히 높여 주개-수용체 간 이면각 회전을 효과적으로 제한하여 여기 상태에서 더 평면적인 분자 구조를 유지하게 합니다. 더 평탄한 구조는 TTM-DACz의 전자 및 정공 궤도의 공간 중첩을 강화하여 방사성 전이 속도 향상을 촉진합니다. 또한 비틀림 시간 추정에서 TTM-DACz의 비틀림 완화 시간은 약 19 ns이고 TTM-1Cz는 약 1.7 ps이며, 초고속 비틀림 완화는 TTM-1Cz에 효율적인 비방사성 소산 경로를 제공합니다. 정량 계산은 TTM-DACz의 방사성 속도(2.81×10⁷ s⁻¹)가 TTM-1Cz(1.70×10⁷ s⁻¹)보다 높고, 비방사성 속도(6.94×10⁶ s⁻¹)는 후자(5.72×10⁷ s⁻¹)보다 현저히 낮음을 보여줍니다. 두 분자의 광발광 양자 수율은 각각 80.2%와 22.9%로 약 3.5배 차이가 있습니다. 본 연구는 질소 원자 치환이 D₁ 상태 장벽과 분자 구조를 조절하여 방사율을 동시에 향상시키고 비방사성 완화를 억제하는 미시적 메커니즘을 밝혀 효율적인 유기 자유 라디칼 발광 재료의 분자 설계에 이론적 지침을 제공합니다.

유기 자유 라디칼 분자; 광발광 양자 수율; 광물리 과정; 밀도 범함수 이론