有机荧光材料的发光光色和色纯度是评价材料的重要参数。然而常见的电子给体-受体型荧光分子的光谱普遍较宽导致其色纯度不高；新兴的多重共振(MR)类分子具有理想的窄光谱发射，但是其在实现深蓝光/紫外光方面有一定的限制。如何同时实现宽带隙和窄光谱的发射是有机光电领域一项重大的挑战。
图1 共平面类材料的特点
近期，华南理工大学唐本忠院士团队王志明研究员课题组研究开发了一种简便巧妙的合成吲哚并咔唑(ICZ)共平面类衍生物的方法，并将其应用于紫外窄发射材料的开发研究中。通过σ键和氢键的共同作用使得ICZ-TAZ分子具有刚性的共平面结构(图2a)，研究者发现其晶体和在掺杂薄膜中均存在着非常强的分子间相互作用(图2d)。光物理测试中ICZ-TAZ表现为宽禁带的紫外光发射，其在稀溶液中的发射主峰为381 nm；同时，材料刚性的共平面结构对振动耦合的抑制实现了其荧光光谱的窄化，半峰宽为25 nm，对应色坐标y值为0.015(图3)。进一步，以其为发光层材料制备的掺杂器件在掺杂浓度为1 wt%时表现为窄化的紫外光发射，最大外量子效率可达3.26%且在100 cd m-2亮度下具有较小的效率滚降。这项工作成功实现了对窄化光谱的紫外光材料的设计，为后续有机荧光材料的光谱窄化提供一种思路，同时也为高效合成共平面类材料提供了一种可行的方法。该工作以“An Ultraviolet Fluorophore with Narrowed Emission via Coplanar Molecular Strategy”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202209425.）。文章第一作者是华南理工大学博士后何鑫博士，研究生娄敬丽和李宝玺为本文共同第一作者，通讯作者为王志明研究员和唐本忠院士。该研究得到国家自然科学基金委的基础科学中心项目(21788102)和面上基金(21975077) 及发光材料与器件国家重点实验室自立科研项目（Skllmd-2022-01）等经费支持。
图2 ICZ-TAZ共平面分子设计
图3 ICZ-TAZ稀溶液和掺杂薄膜中的荧光光谱
图4 ICZ-TAZ掺杂器件的结构与性能
该工作是团队近期关于高效深蓝/近紫外/紫外光电致发光材料的开发与研究的最新进展之一。有机紫外荧光材料在有机光电器件、传感、灭菌和高密度信息储存等方面有着广泛的应用前景。宽带隙材料本身受制于能隙定律而较难实现高效的发光和器件性能。为此团队基于多芳基修饰的菲并咪唑结构，发展了”交叉长短轴”与”热激子”机制相结合的分子设计理念和理论模型(J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 6359), 并通过调控分子杂化激发态中局域态（LE）和电荷转移态（CT）的能量分布，使材料的发光效率和激子利用率综合最优(Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 202002323)；后续研究中，以氰基咔唑作为正交长短轴骨架的紫外光材料所制备的紫外OLED器件实现了10.79%的外量子效率，是目前报道的最高效率值(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 22241)；该体系通过对结构细节的调整，实现了深蓝光稳定性(ACS Appl. Mater. Inter. 2022, 14, 10627)和多功能主体材料(Small, 2022, doi/10.1002/smll.202204029)的应用。以上研究成果体现出”交叉长短轴”型热激子材料在深蓝光OLED领域中的潜在价值。
原文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209425
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