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唐本忠院士、王志明研究員課題組 Angew：共平面分子策略實現窄化光譜紫外光材料的設計及進展

2022-10-16 來源：高分子科技

有機熒光材料的發光光色和色純度是評價材料的重要參數。然而常見的電子給體-受體型熒光分子的光譜普遍較寬導致其色純度不高；新興的多重共振(MR)類分子具有理想的窄光譜發射，但是其在實現深藍光/紫外光方面有一定的限制。如何同時實現寬帶隙和窄光譜的發射是有機光電領域一項重大的挑戰。

圖1 共平面類材料的特點

近期，華南理工大學唐本忠院士團隊王志明研究員課題組研究開發了一種簡便巧妙的合成吲哚并咔唑(ICZ)共平面類衍生物的方法，并將其應用于紫外窄發射材料的開發研究中。通過σ鍵和氫鍵的共同作用使得ICZ-TAZ分子具有剛性的共平面結構(圖2a)，研究者發現其晶體和在摻雜薄膜中均存在著非常強的分子間相互作用(圖2d)。光物理測試中ICZ-TAZ表現為寬禁帶的紫外光發射，其在稀溶液中的發射主峰為381 nm；同時，材料剛性的共平面結構對振動耦合的抑制實現了其熒光光譜的窄化，半峰寬為25 nm，對應色坐標y值為0.015(圖3)。進一步，以其為發光層材料制備的摻雜器件在摻雜濃度為1 wt%時表現為窄化的紫外光發射，最大外量子效率可達3.26%且在100 cd m^-2亮度下具有較小的效率滾降。這項工作成功實現了對窄化光譜的紫外光材料的設計，為后續有機熒光材料的光譜窄化提供一種思路，同時也為高效合成共平面類材料提供了一種可行的方法。該工作以“An Ultraviolet Fluorophore with Narrowed Emission via Coplanar Molecular Strategy”為題發表在《Angewandte Chemie International Edition》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202209425.）。

文章第一作者是華南理工大學博士后何鑫博士，研究生婁敬麗和李寶璽為本文共同第一作者，通訊作者為王志明研究員和唐本忠院士。該研究得到國家自然科學基金委的基礎科學中心項目(21788102)和面上基金(21975077) 及發光材料與器件國家重點實驗室自立科研項目（Skllmd-2022-01）等經費支持。

圖2 ICZ-TAZ共平面分子設計

圖3 ICZ-TAZ稀溶液和摻雜薄膜中的熒光光譜

圖4 ICZ-TAZ摻雜器件的結構與性能

該工作是團隊近期關于高效深藍/近紫外/紫外光電致發光材料的開發與研究的最新進展之一。有機紫外熒光材料在有機光電器件、傳感、滅菌和高密度信息儲存等方面有著廣泛的應用前景。寬帶隙材料本身受制于能隙定律而較難實現高效的發光和器件性能。為此團隊基于多芳基修飾的菲并咪唑結構，發展了”交叉長短軸”與”熱激子”機制相結合的分子設計理念和理論模型(J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 6359), 并通過調控分子雜化激發態中局域態（LE）和電荷轉移態（CT）的能量分布，使材料的發光效率和激子利用率綜合最優(Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 202002323)；后續研究中，以氰基咔唑作為正交長短軸骨架的紫外光材料所制備的紫外OLED器件實現了10.79%的外量子效率，是目前報道的最高效率值(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 22241)；該體系通過對結構細節的調整，實現了深藍光穩定性(ACS Appl. Mater. Inter. 2022, 14, 10627)和多功能主體材料(Small, 2022, doi/10.1002/smll.202204029)的應用。以上研究成果體現出”交叉長短軸”型熱激子材料在深藍光OLED領域中的潛在價值。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209425

下載：An Ultraviolet Fluorophore with Narrowed Emission via Coplanar Molecular Strategy

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（責任編輯：xu）

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