清华大学段炼、张东东等《AFM》：氮/羰基型窄带MR-TADF材料助力高效率、高色纯度电致发光

近年来，通过在π-共轭多环芳烃（PAHs）中引入杂原子（如 B、N、O、S、Se 等）已成为调控π-共轭分子化学结构和光电特性的一种极具吸引力的策略。特别是，利用B和N原子相反的电负性，可构筑具有分子内短程电荷转移（SRCT）特性的BN-PAHs。这类分子通过强p−π电子耦合效应调控和极化π-共轭骨架的前线分子轨道，从而展现出独特的多重共振（MR）效应。这一效应不仅赋予BN-PAHs窄带光谱发射特性，还有效促进了热激活延迟荧光（TADF）的产生。MR-TADF 的发现极大推动了有机发光二极管（OLEDs）技术的发展，为超高清显示领域提供了高效率、高色纯度的发光材料解决方案。除了MR-BN掺杂体系外，近年来，具有MR效应的氮/羰基（N/C=O）体系因其独特的p−π电子共轭作用而备受关注。C=O双键的极性及吸电子特性，与电子供给能力较强的胺基单元相结合，使得MR-N/C=O衍生物成为理想的窄谱带发光候选材料。然而，N/C=O 衍生物（如喹啉并[3,2,1-de]吖啶-5,9-二酮（QAO））骨架中 C=O 单元和N原子形成较强的SRCT激发态，使其衍生物难以实现半峰宽（FWHM）小于20 nm的高色纯度发光，尤其是在深蓝光区域。此外，其器件效率仍有待进一步提升，因此如何优化分子设计以突破这一限制，仍是当前MR-N/C=O体系研究的核心挑战之一。

近日，清华大学段炼/张东东团队提出了一种基于五元环化与同分异构扩展的策略，以精确调控分子内SRCT特性及分子对称性，从而进一步缩窄光谱带宽并调节激发态能级。该策略利用中心苯基片段的桥连作用，使两个8H-吲哚并[3,2,1-de]吖啶-8-酮（IAO）骨架进行稠并，形成双氮五元环结构，从而成功构建了一系列概念验证型发光分子。相较于传统的N/C=O体系，该系列分子展现出较弱的SRCT特性，并显著缩窄了光谱带宽。此外，该系列分子实现了从深蓝（439 nm）到纯绿光（520 nm）的宽色调范围，且其发射光谱的半峰宽（FWHM）仅为17–24 nm（约 0.11 eV），展现出优异的窄带发射特性。基于这些发光材料的电致发光（EL）器件成功实现了高亮度的深蓝光、蓝光及绿光发射，并保持了窄带光谱特性。值得注意的是，以mTIAO和pTIAO为发光体的深蓝/蓝光敏化器件分别达到了29.6%和34.4%的外量子效率（EQE），创下了目前已报道N/C=O衍生物蓝光材料的最高效率记录。此外，mTIAO的EL色度坐标（0.147, 0.063）与数字化电视NTSC蓝色标准（0.15, 0.06）高度匹配，进一步验证了其在高性能显示应用中的潜力。该研究以题为“Isomeric Pentagonal Fusion and π-expanding of Nitrogen/Carbonyl-Containing Multi-Resonant Emitters for High-Performance and Narrowband Organic Electroluminescence”的论文发表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。

【同分异构工程构筑N/C=O型多重共振窄谱带材料】

图1.通过五元环化和同分异构扩展工程调控N/C=O型多重共振发射体的激发态能量。红色箭头表示激发态偶极矩（μ_e）方向，绿色虚线表示构型的对称性。

【溶液和薄膜中的光物理性质】

图2.（a）mTIAO、（b）pTIAO和（c）pTIQA在甲苯溶液（10⁻⁵M）中的光物理性质。（d）mTIAO、（e）TIAO和（f）pTIQA以1 wt%掺杂于PPF主体中的薄膜瞬态光致发光曲线。（g）mTIAO、（h）pTIAO和（i）pTIQA掺杂薄膜的温度依赖性瞬态光致发光曲线。

【高效率、高色纯度OLED器件】

图3.（a）OLED器件结构示意图。（b）器件中相应功能材料的分子结构。（c）亮度和电流密度随电压变化的曲线。（d）在1000 cd m⁻²下的电致发光（EL）光谱。（e）EL色坐标及器件发光颜色的实物照片。（f, g, h）相应mTIAO、pTIAO和pTIQA的器件外量子效率和功率效率随亮度变化的曲线。