简单的纯红光多重共振材料设计策略

近年来，“多重共振（MR）”机制由于能够同时实现热活化延迟荧光（TADF）和小的黄-里斯因子，被认为是构筑高性能窄光谱染料的有效策略。虽然当前对MR-TADF的研究陆续增多，受限于较少的共振衍生结构，红光区材料的开发进展缓慢，这将在很大程度上影响广色域OLED商业化进程。

针对上述问题，近日，清华大学段炼教授团队和东南大学蒋伟教授团队合作提出了一种高效的“共轭电荷转移”策略，通过在经典BCz-BN母核上稠合吸电子的PPZ单元，实现了超过128 nm的大幅光谱红移，成功开发出目前结构最简单的纯红光MR染料（PPZ-BN，图1）。

图1.“共轭电荷转移”可有效实现光谱的大幅红移。

PPZ-BN的合成路线见图2。初始的中间体1可以通过一步环化反应高效制备（产率超过85%），随后陆续进行碘代和亲核取代反应得到关键前驱体3，最后采用经典的“一锅法”C-H硼化反应即可获得目标产物PPZ-BN（产率为21%）。这种简单的分子结构和较高收率表明PPZ-BN具有良好的应用前景，可通过进一步结构修饰来满足不同的功能化需求。

图2. PPZ-BN的合成路线。

PPZ-BN的大幅红移可以归结于其共轭程度和CT特性显著增强。如图3所示，PPZ-BN可以观察到更多的跨越中心苯环和PPZ片段的离域π键轨道，表明其具有更大的共轭长度；同时，PPZ-BN的HOMO主要分布在BCz-BN和少部分PPZ基团上，而LUMO则主要分布在PPZ单元和大部分BCz-BN上，表明其具有更强的CT态特性。甲苯稀溶液的光物理测试表明，PPZ-BN在613 nm处显示出一个纯红色的发射峰值，其半峰宽仅为0.16 eV（48 nm），相比于BCz-BN母核（波长：485nm）相比，实现了超过128 nm的显著红移。

图3. PPZ-BN的前线轨道分布和甲苯稀溶液中的吸收-发射光谱。

受益于较窄的半峰宽、合适的前线轨道能级，以PPZ-BN为染料制备的磷光敏化OLED不仅保持了溶液状态下纯红光发光特征（波长613 nm，色坐标为（0.67,0.33）），而且其1000 cd/m²和5000 cd/m²的亮度下的外量子效率（EQE）分别高达26.0% 和22.9%（低效率滚降）。更重要的是，上述器件同样表现出良好的稳定性，10,000 cd/m²的初始亮度下，LT99超过了43小时，是目前所有红光OLED的最优寿命之一（图4）。

图4. PPZ-BN的器件性能。a）设备结构；b）以1000 cd/m²记录的器件的EL光谱。（插图：CIE坐标和设备照片）；c）器件的外部量子效率和电流效率与亮度的关系曲线；d）10000 cd/m²下器件亮度与寿命曲线。

该工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202300934）上，东南大学博士研究生陈浩文和清华大学博士研究生范天骄为论文的共同第一作者，清华大学张跃威助理研究员、段炼教授和东南大学蒋伟教授为文章的共同通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Simple Molecular Design Strategy for Pure-Red Multiple Resonance Emitters

Haowen Chen, Tianjiao Fan, Guimin Zhao, Dongdong Zhang, Guomeng Li, Wei Jiang, Lian Duan, Yuewei Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202300934

段炼教授团队

https://www.x-mol.com/groups/duan_Lian