面向超高清顯示(UHD)技術(shù)的核心需求,紅、綠、藍窄譜帶發(fā)光材料的研發(fā)逐漸成為有機發(fā)光二極管(OLED)領(lǐng)域的研究熱點。傳統(tǒng)熒光材料由于局部激發(fā)態(tài)(1LE)的展寬效應(yīng),其半峰寬(FWHM)通常大于40 nm;而磷光材料則因配體-配體三重態(tài)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(3LLCT)或配體-金屬中心三重態(tài)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(3MLCT)的電荷轉(zhuǎn)移機制導致光譜展寬,難以滿足UHD技術(shù)對高色純度的嚴苛要求?；谂?氮摻雜多環(huán)芳烴(B/N-PAHs)的多重共振熱活化延遲熒光材料(MR-TADF),通過MR效應(yīng)和剛性分子結(jié)構(gòu)顯著降低了材料的FWHM,展現(xiàn)出作為未來OLED材料的潛力。然而,其剛性平面結(jié)構(gòu)顯著提高了單重態(tài)-三重態(tài)能隙(ΔEST),從而大幅衰減了反向系間竄越(RISC)速率,限制了器件效率的進一步提升。

近期,中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義、副研究員李偉,聯(lián)合華南理工大學教授蘇仕健提出一種分子設(shè)計策略,將剛性 9,9'-螺雙[芴](SF)單元全部或部分整合到B/N-分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(MR)發(fā)光核心中,成功開發(fā)了含螺芴的MR-TADF材料體系SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4。該材料體系具有高色純度和高效率的特性。

對于完全嵌入 B/N-MR 核心的發(fā)光體SF-BN1和SF-BN2,SF中的sp3雜化碳原子將每個分子分成對稱的部分,形成兩個獨立且剛性的B/N-MR 發(fā)光中心。這阻礙了共軛結(jié)構(gòu),降低了共軛長度,發(fā)射出深藍光,并通過多通道輻射衰減過程和能量轉(zhuǎn)移機制顯著提高了材料效率。對于部分嵌入B/N-MR 核心的發(fā)光體SF-BN3 和 SF-BN4,芴嵌入的 B/N-MR 核心可以連接B/N2[4]螺旋烯亞單元,形成剛性分子框架。

值得注意的是,SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4 在稀釋的甲苯溶液中實現(xiàn)了最小的半峰全寬(FWHM)值,分別為17 nm、21 nm、17 nm和15 nm。同時,該材料體系在摻雜薄膜中高光致發(fā)光量子產(chǎn)率高達90%,這表明它們具有出色的電致發(fā)光(EL)潛力?；?SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3和SF-BN4 的相應(yīng)超熒光有機發(fā)光二極管(HF-OLED)峰值外量子效率(EQE)分別達到了29.0%、22.2%、35.5%和33.6%,對應(yīng)的 CIE 坐標分別為(0.13,0.08)、(0.11,0.15)、(0.13,0.23)和(0.12,0.35),FWHM 值分別為 23 nm、32 nm、26 nm和 40 nm。

相關(guān)研究成果以Spiro Units Embedded in the B/N Center for Constructing Highly Efficient Multiple Resonance TADF Emitter為題,發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》上。研究工作得到了國家自然科學基金、浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)計劃項目以及寧波市重點科技項目等的支持。