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苏州大学蒋佐权Angew: 扭曲多硼拓扑π-扩展实现窄带深蓝光多重共振热激活延迟荧光 |
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论文信息

多重共振热激活延迟荧光(MR-TADF)材料凭借其独特的电子共振效应,在有机发光二极管(OLED)中实现高效率、窄半峰宽(FWHM)和高色纯度方面展现出巨大潜力。其中,多硼融合策略能够通过构建刚性π共轭骨架有效调控激发态电子结构,已成为发展高性能深蓝MR-TADF材料的重要策略。然而,传统线性、高度平面化的多硼体系通常面临π共轭扩展导致的发射红移以及强分子间相互作用引起的聚集淬灭等问题,限制了其结构拓展和实际器件应用。相比之下,扭曲和非平面化的多硼拓扑结构能够有效调节分子堆积、削弱聚集效应,并通过增强自旋轨道耦合改善激发态动力学,为兼顾深蓝发射与高效率提供了新的设计思路。但目前此类非平面多硼MR-TADF材料的器件效率仍有较大提升空间。因此,发展新型拓扑多硼共轭结构,实现深蓝发射、高效率、窄光谱及良好聚集耐受性的协同优化,仍是当前MR-TADF材料研究中值得关注的重要课题。
有别于目前常见的线性拓扑展开的硼氮体系,苏州大学蒋佐权教授课题组提出了一种“扭曲多硼拓扑π扩展”策略,成功开发出兼具高效率和高色纯度的深蓝光MR-TADF发光材料。通过精准调控B、N、O杂原子的数量、比例及其空间排列,巧妙地构建了高度扭曲的π共轭骨架,同时保持了局域化的激发态特征。刚性的扭曲拓扑结构最大限度地抑制了分子构象弛豫,减弱了分子间相互作用,从而有效降低了聚集导致的荧光猝灭现象,实现了453 nm和449 nm处的窄带深蓝光发射,其FWHM分别仅为24 nm和20 nm。基于对称四硼发光体BO-DPAB4的OLED器件取得了最高外部量子效率达30.1%,CIE坐标为(0.138,0.073)。

单晶X射线衍射结果表明,BO-DPAB3和BO-DPAB4均形成了显著扭曲的拓扑结构,分别具有58°和50°的较大二面角,且末端苯环明显偏离共平面。该扭曲构型主要源于相邻氢原子之间的空间位阻作用,充分验证了分子的非平面化特征。值得注意的是,分子的高度扭曲构型以及近乎正交的三甲基苯基取代基有效削弱了分子间π–π相互作用,从而降低聚集倾向并抑制聚集导致的淬灭,为材料实现高效固态发光提供了结构基础。

光物理研究表明,BO-DPAB3和BO-DPAB4在保持典型短程电荷传输的激发特征和深蓝窄带发射的同时,具有较小的单-三线态能级差、高效的反系间窜跃速率及较高荧光量子产率,证明扭曲拓扑π扩展能够有效兼顾MR-TADF材料的色纯度与激发态动力学,为其优异的OLED性能奠定了基础。

制备的OLED器件研究表明,BO-DPAB3和BO-DPAB4在2,5和10 wt%的掺杂范围内均保持450-460 nm的深蓝窄带电致发光。在5 wt%掺杂时,BO-DPAB3和BO-DPAB4分别实现25.3%和30.1%的最高外量子产率,其中BO-DPAB4凭借对称四硼拓扑、更高PLQY及更优水平偶极取向获得更高器件效率。更重要的是,在10 wt%高掺杂浓度下,最高外量子产率仍可保持26%以上,表明扭曲拓扑结构能够有效延缓浓度诱导的激子淬灭和聚集效应,实现高掺杂条件下的高效深蓝窄带发光。

研究结果证明扭曲多硼拓扑π扩展策略,实现了深蓝、窄带和高效MR-TADF发射,及优异的高浓度掺杂稳定性,为高性能深蓝OLED材料的设计提供了新的拓扑结构策略。
期刊介绍

Angewandte Chemie是全球化学领域最具影响力的顶级期刊之一,由Wiley出版,创刊于1887年,最新影响因子为16.9。
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