清華大學段煉、張東東等《AFM》：氮/羰基型窄帶MR-TADF材料助力高效率、高色純度電致發光

近年來，通過在π-共軛多環芳烴（PAHs）中引入雜原子（如 B、N、O、S、Se 等）已成爲調控π-共軛分子化學結構和光電特性的一種極具吸引力的策略。特別是，利用B和N原子相反的電負性，可構築具有分子內短程電荷轉移（SRCT）特性的BN-PAHs。這類分子通過強p−π電子耦合效應調控和極化π-共軛骨架的前線分子軌道，從而展現出獨特的多重共振（MR）效應。這一效應不僅賦予BN-PAHs窄帶光譜發射特性，還有效促進了熱激活延遲熒光（TADF）的產生。MR-TADF 的發現極大推動了有機發光二極管（OLEDs）技術的發展，爲超高清顯示領域提供了高效率、高色純度的發光材料解決方案。除了MR-BN摻雜體系外，近年來，具有MR效應的氮/羰基（N/C=O）體系因其獨特的p−π電子共軛作用而備受關注。C=O雙鍵的極性及吸電子特性，與電子供給能力較強的胺基單元相結合，使得MR-N/C=O衍生物成爲理想的窄譜帶發光候選材料。然而，N/C=O 衍生物（如喹啉並[3,2,1-de]吖啶-5,9-二酮（QAO））骨架中 C=O 單元和N原子形成較強的SRCT激發態，使其衍生物難以實現半峰寬（FWHM）小於20 nm的高色純度發光，尤其是在深藍光區域。此外，其器件效率仍有待進一步提升，因此如何優化分子設計以突破這一限制，仍是當前MR-N/C=O體系研究的核心挑戰之一。

近日，清華大學段煉/張東東團隊提出了一種基於五元環化與同分異構擴展的策略，以精確調控分子內SRCT特性及分子對稱性，從而進一步縮窄光譜帶寬並調節激發態能級。該策略利用中心苯基片段的橋連作用，使兩個8H-吲哚並[3,2,1-de]吖啶-8-酮（IAO）骨架進行稠並，形成雙氮五元環結構，從而成功構建了一系列概念驗證型發光分子。相較於傳統的N/C=O體系，該系列分子展現出較弱的SRCT特性，並顯著縮窄了光譜帶寬。此外，該系列分子實現了從深藍（439 nm）到純綠光（520 nm）的寬色調範圍，且其發射光譜的半峰寬（FWHM）僅爲17–24 nm（約 0.11 eV），展現出優異的窄帶發射特性。基於這些發光材料的電致發光（EL）器件成功實現了高亮度的深藍光、藍光及綠光發射，並保持了窄帶光譜特性。值得注意的是，以mTIAO和pTIAO爲發光體的深藍/藍光敏化器件分別達到了29.6%和34.4%的外量子效率（EQE），創下了目前已報道N/C=O衍生物藍光材料的最高效率記錄。此外，mTIAO的EL色度座標（0.147, 0.063）與數字化電視NTSC藍色標準（0.15, 0.06）高度匹配，進一步驗證了其在高性能顯示應用中的潛力。該研究以題爲“Isomeric Pentagonal Fusion and π-expanding of Nitrogen/Carbonyl-Containing Multi-Resonant Emitters for High-Performance and Narrowband Organic Electroluminescence”的論文發表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。

【同分異構工程構築N/C=O型多重共振窄譜帶材料】

圖1.通過五元環化和同分異構擴展工程調控N/C=O型多重共振發射體的激發態能量。紅色箭頭表示激發態偶極矩（μe）方向，綠色虛線表示構型的對稱性。

【溶液和薄膜中的光物理性質】

圖2.（a）mTIAO、（b）pTIAO和（c）pTIQA在甲苯溶液（10−5M）中的光物理性質。（d）mTIAO、（e）TIAO和（f）pTIQA以1 wt%摻雜於PPF主體中的薄膜瞬態光致發光曲線。（g）mTIAO、（h）pTIAO和（i）pTIQA摻雜薄膜的溫度依賴性瞬態光致發光曲線。

【高效率、高色純度OLED器件】

圖3.（a）OLED器件結構示意圖。（b）器件中相應功能材料的分子結構。（c）亮度和電流密度隨電壓變化的曲線。（d）在1000 cd m−2下的電致發光（EL）光譜。（e）EL色座標及器件發光顏色的實物照片。（f, g, h）相應mTIAO、pTIAO和pTIQA的器件外量子效率和功率效率隨亮度變化的曲線。

來源：高分子科學前沿

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