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前言 | 南京大學(xué)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(diào)圓偏振電致發(fā)光

欄目：行業(yè)資訊 發(fā)布時(shí)間：2023-10-12
近期，南京大學(xué)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(diào)圓偏振電致發(fā)光”為題，其相關(guān)成果近期在線發(fā)表于Science China Chemistry上。
近期，南京大學(xué)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(diào)圓偏振電致發(fā)光”為題，其相關(guān)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(jī)電致發(fā)光器件（CP-OLED）在3D顯示等領(lǐng)域的重要應(yīng)用價(jià)值受到了研究者的廣泛關(guān)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(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注。這些基于剛性多環(huán)芳烴的MR材料通常在對(duì)位摻雜B原子和N原子，目前MR材料實(shí)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(yīng)的CP-OLED研究很少。
而鄭佑軒團(tuán)隊(duì)研究出了一對(duì)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(jié)構(gòu)，兩個(gè)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(jià)鍵。最終，這項(xiàng)工作首次研究了基于含B-N鍵骨架MR材料的CP-OLEDs，并且實(shí)現(xiàn)了光色可調(diào)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(duì)于光色可調(diào)的現(xiàn)象，鄭佑軒團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在晶體中，分子會(huì)形成H-聚集的二聚體，根據(jù)已報(bào)道的文獻(xiàn)可知H-聚集體中0-1躍遷強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，即0-1躍遷峰在高濃度時(shí)具有較高的相對(duì)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)在不同濃度下的光色可調(diào)發(fā)射。

晶體中的二聚體及相關(guān)理論計(jì)算

如下圖C，d所示，P/M-o[B-N]2N2對(duì)映體在甲苯溶液中顯示出完美對(duì)稱的CD光譜，在300和550nm之間具有交替的正負(fù)科頓效應(yīng)。CP-MR材料的構(gòu)建主要依賴于手性擾動(dòng)策略或本征手性發(fā)色團(tuán)（點(diǎn)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(gè)咔唑單元與B原子相對(duì)的N原子形成手性[7]-螺烯結(jié)構(gòu)。因此，手性單元參與了前線軌道電子云的分布，得到的對(duì)映異構(gòu)體表現(xiàn)出鏡像對(duì)稱的圓二色（CD）吸收和CPL光譜，不對(duì)稱|gPL|因子為1.0×10-3，手性性質(zhì)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(jié)構(gòu)制備CP-OLED，通過空間位阻策略，成功獲得了一對(duì)含有B–N鍵的螺旋手性Mr對(duì)映體P/M-o[B-N]2N2，實(shí)現(xiàn)了在553~613nm范圍內(nèi)的顏色可調(diào)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(dá)0.94。隨后，采用新型雙敏化發(fā)射層器件結(jié)構(gòu)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(hào)gEL因子。

最重要的是，通過調(diào)節(jié)摻雜濃度實(shí)現(xiàn)了顏色可調(diào)的CPEL。CP-OLED器件通過調(diào)節(jié)摻雜濃度增加振動(dòng)耦合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了從553到613 nm的顏色可調(diào)的圓偏振電致發(fā)光，這是首次報(bào)道的顏色可調(diào)的CP-OLED器件。這項(xiàng)工作提出了一種新的方法來構(gòu)建用于CP-OLED的顏色可調(diào)CP-Mr材料，為顯示技術(shù)中的各種應(yīng)用開辟了可能性。


 CP-OLED器件性能

對(duì)本次研究工作，廣州研創(chuàng)生物技術(shù)發(fā)展有限公司非常有幸能夠參與部分工作。詳細(xì)內(nèi)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.