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前言 | 南京大學鄭佑軒課題組：含B-N鍵螺旋手性多重共振材料的光色可調圓偏振電致發(fā)光

欄目：行業(yè)資訊 發(fā)布時間：2023-10-12
近期，南京大學鄭佑軒課題組在手性多重共振（MR）材料方面獲得重大突破！該研究以“含B-N鍵螺旋手性多重共振材料的光色可調圓偏振電致發(fā)光”為題，其相關成果近期在線發(fā)表于Science China Chemistry上。
近期，南京大學鄭佑軒課題組在手性多重共振（MR）材料方面獲得重大突破！該研究以“含B-N鍵螺旋手性多重共振材料的光色可調圓偏振電致發(fā)光”為題，其相關成果近期在線發(fā)表于Science China Chemistry上。


具有圓偏振發(fā)光（CPL）特性的有機電致發(fā)光器件（CP-OLED）在3D顯示等領域的重要應用價值受到了研究者的廣泛關注。近年來，多重共振（MR）材料因其窄譜帶發(fā)射與高效的發(fā)光效率引起了國內外學者的極大關注。這些基于剛性多環(huán)芳烴的MR材料通常在對位摻雜B原子和N原子，目前MR材料實現(xiàn)了可見光全色域的高效窄譜帶發(fā)光，然而能夠發(fā)射CPL的手性MR（CP-MR）材料和相應的CP-OLED研究很少。
而鄭佑軒團隊研究出了一對含有B-N鍵骨架、具有螺旋手性的CP-MR材料P/M-o[B-N]2N2，并制備了CP-OLED。該材料含有手性[5]-螺烯和手性[7]-螺烯的交疊螺旋結構，兩個B和N原子在鄰位摻雜，并在手性[5]-螺旋烯中形成B-N共價鍵。最終，這項工作首次研究了基于含B-N鍵骨架MR材料的CP-OLEDs，并且實現(xiàn)了光色可調的圓偏振電致發(fā)光（CPEL）。

前體和化合物的合成程序(顏色在線)

對于光色可調的現(xiàn)象，鄭佑軒團隊發(fā)現(xiàn)在晶體中，分子會形成H-聚集的二聚體，根據已報道的文獻可知H-聚集體中0-1躍遷強度會增強。這與實驗結果一致，即0-1躍遷峰在高濃度時具有較高的相對強度，從而實現(xiàn)在不同濃度下的光色可調發(fā)射。

晶體中的二聚體及相關理論計算

如下圖C，d所示，P/M-o[B-N]2N2對映體在甲苯溶液中顯示出完美對稱的CD光譜，在300和550nm之間具有交替的正負科頓效應。CP-MR材料的構建主要依賴于手性擾動策略或本征手性發(fā)色團（點手性、軸手性、面手性或螺旋手性）。通常，具有螺旋手性材料的CPL性能優(yōu)于具有其他三種手性形式的材料。作者采用空間位阻策略，使P/M-o[B-N]2N2中的兩個咔唑單元與B原子相對的N原子形成手性[7]-螺烯結構。因此，手性單元參與了前線軌道電子云的分布，得到的對映異構體表現(xiàn)出鏡像對稱的圓二色（CD）吸收和CPL光譜，不對稱|gPL|因子為1.0×10-3，手性性質優(yōu)于多數(shù)其他三種形式的手性材料。

 材料的吸收（a）和發(fā)射（b）光譜及CD（c）、CPL（d）光譜

最后，作者采用了敏化雙發(fā)光層器件結構制備CP-OLED，通過空間位阻策略，成功獲得了一對含有B–N鍵的螺旋手性Mr對映體P/M-o[B-N]2N2，實現(xiàn)了在553~613nm范圍內的顏色可調CPEL。該o[B-N]2N2表現(xiàn)出優(yōu)異的光物理性能，在甲苯中的發(fā)射峰位于556nm，半高寬為21nm，在摻雜薄膜中的PLQY高達0.94。隨后，采用新型雙敏化發(fā)射層器件結構的超熒光CP-OLED分別呈現(xiàn)出FWHM為33nm的黃光發(fā)射、25.1%的高EQEmax和+7.7×10–4/–6.7×10–4的CPEL信號gEL因子。

最重要的是，通過調節(jié)摻雜濃度實現(xiàn)了顏色可調的CPEL。CP-OLED器件通過調節(jié)摻雜濃度增加振動耦合強度，實現(xiàn)了從553到613 nm的顏色可調的圓偏振電致發(fā)光，這是首次報道的顏色可調的CP-OLED器件。這項工作提出了一種新的方法來構建用于CP-OLED的顏色可調CP-Mr材料，為顯示技術中的各種應用開辟了可能性。


 CP-OLED器件性能

對本次研究工作，廣州研創(chuàng)生物技術發(fā)展有限公司非常有幸能夠參與部分工作。詳細內容見Li Yuan, Zhen-Long Tu, Jun-Wei Xu, Hua-Xiu Ni, Zhi-Ping Mao, Wen-Ye Xu, You-Xuan Zheng*. Color-tunable circularly polarized electroluminescence from a helical chiral multiple resonance emitter with B-N bonds. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-023-1712-5.