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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(xiàn)窄化光譜紫外光材料的設(shè)計及進展
2022-10-16  來源：高分子科技


  有機熒光材料的發(fā)光光色和色純度是評價材料的重要參數(shù)。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(fā)射，但是其在實現(xiàn)深藍光/紫外光方面有一定的限制。如何同時實現(xiàn)寬帶隙和窄光譜的發(fā)射是有機光電領(lǐng)域一項重大的挑戰(zhàn)。


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(fā)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(yīng)用于紫外窄發(fā)射材料的開發(fā)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(jié)構(gòu)(圖2a)，研究者發(fā)現(xiàn)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(xiàn)為寬禁帶的紫外光發(fā)射，其在稀溶液中的發(fā)射主峰為381 nm；同時，材料剛性的共平面結(jié)構(gòu)對振動耦合的抑制實現(xiàn)了其熒光光譜的窄化，半峰寬為25 nm，對應(yīng)色坐標y值為0.015(圖3)。進一步，以其為發(fā)光層材料制備的摻雜器件在摻雜濃度為1 wt%時表現(xiàn)為窄化的紫外光發(fā)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(xiàn)了對窄化光譜的紫外光材料的設(shè)計，為后續(xù)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(fā)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(chǔ)科學中心項目(21788102)和面上基金(21975077) 及發(fā)光材料與器件國家重點實驗室自立科研項目（Skllmd-2022-01）等經(jīng)費支持。


圖2 ICZ-TAZ共平面分子設(shè)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(jié)構(gòu)與性能


  該工作是團隊近期關(guān)于高效深藍/近紫外/紫外光電致發(fā)光材料的開發(fā)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(yīng)用前景。寬帶隙材料本身受制于能隙定律而較難實現(xiàn)高效的發(fā)光和器件性能。為此團隊基于多芳基修飾的菲并咪唑結(jié)構(gòu)，發(fā)展了”交叉長短軸”與”熱激子”機制相結(jié)合的分子設(shè)計理念和理論模型(J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 6359), 并通過調(diào)控分子雜化激發(fā)態(tài)中局域態(tài)（LE）和電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（CT）的能量分布，使材料的發(fā)光效率和激子利用率綜合最優(yōu)(Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 202002323)；后續(xù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)細節(jié)的調(diào)整，實現(xiàn)了深藍光穩(wěn)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(yīng)用。以上研究成果體現(xiàn)出”交叉長短軸”型熱激子材料在深藍光OLED領(lǐng)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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