南京大学研究人员在基于轴手性发光材料和器件方面取得新进展
- 2024/9/13 10:06:02 19087
- 来源：南京大学
【仪表网 研发快讯】由于手性多重共振热激活延迟荧光(CP-MR-TADF)材料具有高量子产率、高色纯度，并能直接实现圆偏振发光(CPL)的特点，在制备圆偏振有机电致发光器件(CP-OLED)以及3D显示中有重要的应用前景。然而，在MR-TADF的刚性骨架中引入手性源，容易引起发射光谱的展宽。并且由于手性源与发光中心的分离，CP-MR-TADF的CPL性能往往不尽人意。
为解决这一问题，化学化工学院郑佑轩课题组基于轴手性联苯分子进行了系列工作。在之前的工作中，基于氰基和咔唑/酚恶嗪的轴手性联苯TADF发光分子获得了较好的手性发光(Adv. Sci., 2020, 7, 2000804)。然而，轴手性联苯策略尚未应用到CP-MR-TADF分子中。
图1. 轴手性CP-MR-TADF分子的设计策略
在本工作中，选择了基于更大空间位阻基团(苯基硫(-SPh)/苯基砜基(-SO2Ph))的联苯作为手性源，并将其与经典的MR-TADF片段(DtBuCzB)相结合，获得了同时具有良好CPL性质与发光性能的两对轴手性CP-MR-TADF分子：(R/S)-S-AX-BN与(R/S)-SO2-AX-BN(图1)。将联苯骨架引入B原子的对位，使得MR片段的前沿分子轨道延伸到轴手性源上。同时，-SPh/-SO2Ph的电子供体/受体效应可以对整个分子的发光性质进行调控。另外，S的重原子效应可以促进MR-TADF分子的反系间跃迁过程，从而实现较高的发光效率与器件中较低的效率滚降。
图2. (a), (b) 甲苯溶液中(R/S)-S-AX-BN与(R/S)-SO2-AX-BN的荧光/紫外-可见吸收光谱； (c), (e) 薄膜中(R/S)-S-AX-BN与(R/S)-SO2-AX-BN的CPPL光谱；(d), (f) CPPL光谱对应的gPL-波长曲线。
在甲苯溶液中，S-AX-BN与SO2-AX-BN最大发射波长分别为489和495 nm，半峰宽(FWHM)分别为21和20 nm。由于轴手性源与发光中心的良好结合，(R/S)-S-AX-BN与(R/S)-SO2-AX-BN在溶液中呈现出镜像对称的CPL光谱，不对称因子|gPL|为2.2×10-3和1.4×10-3。在薄膜中，其同样表现出镜像对称的CPL光谱，|gPL|分别为3.5×10-3和2.3×10-3。
基于S-AX-BN和SO2-AX-BN制备的CP-OLED器件D-(rac/R/S)-S-AX-BN和D-(rac/R/S)- SO2-AX-BN在495和500 nm处展示出极窄的电致发光(FWHM=22, 21 nm)，在基于目前已知CP-MR-TADF的器件中属于最窄的，并展示出33.5%和31.5%的最大外量子效率(EQEmax)与较低的效率滚降。更重要的是，它们分别获得了稳定且镜像对称的圆偏振电致发光(CPEL)光谱，其|gEL|分别为3.3×10-3和2.2×10-3，是该领域轴手性同类CP-MR-TADF材料中的最高值。
图3. OLEDs性能：(a) 材料能级图和器件结构; (b) 电致发光光谱; (c) CIE坐标; (d) 电流密度-电压-亮度曲线; (e) EQE -亮度曲线; (f) 电流效率-亮度曲线。
图4. CP-OLEDs性能：(a), (c) CPEL光谱; (b), (d) gEL-波长曲线。
该研究提出了一种设计同时具有高发光效率与良好手性的CP-MR-TADF分子的简单方法，并证明了轴手性联苯CP-MR-TADF分子设计策略的成功性，为制备高效率的窄带CP-OLED提供了有价值的参考。
本工作发表在Adv. Funct. Mater. (2024, DOI: 10.1002/adfm.202412044)上，硕士研究生王相智为论文第一作者，郑佑轩教授为论文通讯作者。感谢左景林教授对本工作的支持与帮助！本工作得到了国家自然科学基金项目(92256304、U23A20593)和江苏省自然科学基金项目(BK20243010, BK20242021)的大力支持！
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