基于有机电致发光器件(OLEDs: organic light-emitting devices)的显示技术具有柔性、超薄、超轻、主动发光等特点,在当今与未来显示技术领域占有举足轻重的地位。近年来,面向超高清显示技术需求成为OLED领域的研究热点,为了使 OLED显示屏具有超高清显示功能,有机电致发光材料的发射光谱必须具有极高色纯度,而发射光谱具有高色纯度的基础是窄谱代发射。
多重共振(MR: multiple resonance)效应诱导的热活化延迟荧光(TADF: thermally activated delayed fluorescence)材料具有窄谱带发射特性,可制备具有完美色纯度的OLEDs。MR-TADF分子基本设计策略是将硼原子和氮原子对位排列在六元环(p-BNR: para-alignment boron and nitrogen atoms into six-membered ring)中,然后将它们嵌入到多环芳香烃(PAH: polycyclic aromatic hydrocarbon)骨架中。最近几年,一些MR-TADF分子已相继被报道,现有的含p-BNR多重共振分子结构基本上可以分解为以单苯环为核心,间位被两个芳香胺取代,并与一个硼原子配位。基于以单苯环为核心结构的MR-PAH,科学家们已经提出了一些有效的分子设计策略开发520 nm以上的窄谱带发光材料。然而,局限的合成方法使分子结构拓展收到很大限制,不利于化学分子库的发展。从有机电子学的基础研究和产业化应用角度来看,开发新型、简便、易行的分子设计策略和先进的合成方法来增加MR-PAH分子结构的多样性仍然是当务之急。此外,探索独特的分子结构与光电性能也非常令人期待。
最近,吉林大学王悦教授团队提出了一种构建MR-TADF分子骨架的新策略,其核心思想在于:将具有对位(即硼取代苯环的对位)芳香环取代基的多重共振母体分子直接稠环化。该研究构建了一种具有代表性的新型MR-PAH分子,即BN-TP,该分子的基本构建模式为三亚苯基团与MR母体分子稠合而成。通过逆合成分析,以多重共振母核DtCzB为基础,提出了一种简洁、适用范围广的合成策略,即程序化的反应步骤:硼酯化、Suzuki偶联和Scholl氧化偶联。该方法很容易推广到BN-TP类似物的合成,可称之为一个平台反应。目标模型分子BN-TP在甲苯溶液中具有鲜艳的绿色荧光,最大发射峰位为523 nm,半峰宽为34 nm,理论和实验证明BN-TP具有多重共振激发态特性。实际上,从前线分子轨道分布来看,可以认为BN-TP是以母体分子DtCzB为基础演化而来的,也是基于前线分子轨道工程策略构筑长波长窄谱带发射的典型分子(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 17442–17446, CCS Chem. 2021, 3, 2077)。利用BN-TP作为电致发光材料制备的OLED具有最大发射峰位为528 nm、CIE色坐标为(0.26, 0.70)的超纯绿光发射,并实现了35.1%的最大外量子效率。BN-TP的优异光电性能使其在超高清显示应用技术开发中具有巨大潜力。
基于多重共振母核多环化策略的重要意义在于:BN-TP分子的成功构筑丰富了MR-TADF分子库,为开发更多高效的窄谱带有机电致发光材料提供了新途径,尤其是对于长波长窄谱带发光材料的研究更具价值。此外,三亚苯单元可以看作是从石墨烯中剥离出来的基本结构片段,因此,本研究报道的合成策略为构筑基于多重共振母核多环化的MR-TADF分子提供了有效的模板,为构建具有独特结构的π-延展硼氮掺杂MR-PAH奠定了坚实的基础。 论文信息 Constructing Organic Electroluminescent Material with Very High Color Purity and Efficiency Based on Polycyclization of the Multiple Resonance Parent Core Yincai Xu,Qingyang Wang,Dr. Jinbei Wei,Xiaomei Peng,Jianan Xue,Dr. Zhiheng Wang,Prof. Shi-Jian Su,Prof. Yue Wang 该研究成果得到了国家自然科学基金等项目支持,文章的第一作者是吉林大学博士研究生许银才。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202204652