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前言 | 南京大學鄭佑軒課題組:含B-N鍵螺旋手性多重共振材料的光色可調圓偏振電致發(fā)光

欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時間:2023-10-12
近期,南京大學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圓偏振電致發(fā)光”為題,其相關成果近期在線發(fā)表于Science China Chemistry上。
近期,南京大學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圓偏振電致發(fā)光”為題,其相關成果近期在線發(fā)表于Science China Chemistry上。


具有圓偏振發(fā)光(CPL)特性的有機電致發(fā)光器件(CP-OLED)在3D顯示等領域的重要應用價值受到了研究者的廣泛關注。近年來,多重共振(MR)材料因其窄譜帶發(fā)射與高效的發(fā)光效率引起了國內外學者的極大關注。這些基于剛性多環(huán)芳烴的MR材料通常在對位摻雜B原子和N原子,目前MR材料實現(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)材料和相應的CP-OLED研究很少。
而鄭佑軒團隊研究出了一對含有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]-螺烯的交疊螺旋結構,兩個B和N原子在鄰位摻雜,并在手性[5]-螺旋烯中形成B-N共價鍵。最終,這項工作首次研究了基于含B-N鍵骨架MR材料的CP-OLEDs,并且實現(xiàn)了光色可調的圓偏振電致發(fā)光(CPEL)。

前體和化合物的合成程序(顏色在線)

對于光色可調的現(xiàn)象,鄭佑軒團隊發(fā)現(xiàn)在晶體中,分子會形成H-聚集的二聚體,根據已報道的文獻可知H-聚集體中0-1躍遷強度會增強。這與實驗結果一致,即0-1躍遷峰在高濃度時具有較高的相對強度,從而實現(xiàn)在不同濃度下的光色可調發(fā)射。

晶體中的二聚體及相關理論計算

如下圖C,d所示,P/M-o[B-N]2N2對映體在甲苯溶液中顯示出完美對稱的CD光譜,在300和550nm之間具有交替的正負科頓效應。CP-MR材料的構建主要依賴于手性擾動策略或本征手性發(fā)色團(點手性、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中的兩個咔唑單元與B原子相對的N原子形成手性[7]-螺烯結構。因此,手性單元參與了前線軌道電子云的分布,得到的對映異構體表現(xiàn)出鏡像對稱的圓二色(CD)吸收和CPL光譜,不對稱|gPL|因子為1.0×10-3,手性性質優(yōu)于多數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)光層器件結構制備CP-OLED,通過空間位阻策略,成功獲得了一對含有B–N鍵的螺旋手性Mr對映體P/M-o[B-N]2N2,實現(xiàn)了在553~613nm范圍內的顏色可調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0.94。隨后,采用新型雙敏化發(fā)射層器件結構的超熒光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gEL因子。

最重要的是,通過調節(jié)摻雜濃度實現(xiàn)了顏色可調的CPEL。CP-OLED器件通過調節(jié)摻雜濃度增加振動耦合強度,實現(xiàn)了從553到613 nm的顏色可調的圓偏振電致發(fā)光,這是首次報道的顏色可調的CP-OLED器件。這項工作提出了一種新的方法來構建用于CP-OLED的顏色可調CP-Mr材料,為顯示技術中的各種應用開辟了可能性。


 CP-OLED器件性能

對本次研究工作,廣州研創(chuàng)生物技術發(fā)展有限公司非常有幸能夠參與部分工作。詳細內容見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.


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