The Innovation Materials | 基于对环芳烷的双极性近紫外圆偏振发光材料

导 读

基于有机电致发光技术的平板显示器件，具有对比度高及柔性可折叠等优势，其中近紫外发光材料对于器件的高清显示性能非常关键。裸眼3D显示技术与有机电致发光材料相结合是未来新型显示技术的重要发展趋势。因此，开发出高性能近紫外圆偏振发光材料是未来高清柔性可折叠3D显示器制造的重中之重。该工作开发了一种基于对环芳烷的近紫外圆偏振发光材料，实现了高电致发光性能。为了更好地满足实际应用要求，要求短波长发光材料具有载流子双极传输特性、发光色坐标CIE_y＜0.05、发光不对称因子高及电致发光效率高补充最关键的性能指标（图1）。

图1 可用于3D显示的对环芳烷基双极性近紫外圆偏振发光材料

该研究以对环芳烷为核，将电子给体和电子受体分别引入对环芳烷两个苯环，获得了具有双极传输特性的近紫外发光材料（图2）。近紫外发光分子中的电子给体为咔唑或吩噁嗪，电子受体为苯基砜或苯基三嗪。电子给体和电子受体的引入能够提高该类近紫外发光材料的空穴和电子的注入传输性能，表现出载流子的双极传输性能。

图2 基于对环芳烷基团的双极性近紫外发光材料的合成

对环芳烷结构可以有效打断分子共轭提高分子激发态能级实现近紫外发射，在甲苯溶液中rac-PsDN的发射波长仅为400 nm（图3），色坐标CIE_y = 0.03，实现了典型的近紫外发射且发光量子产率高。此外，发光分子中的对环芳烷结构能够有效抑制电子给体和电子受体间的电荷转移过程，在保持高激发态能级的同时将双极传输特性赋予发光分子。这一策略避免了传统双极性近紫外发光分子中由于引入电子给体和电子受体造成发光波长红移及高度扭曲结构对载流子传输不利的问题。

图3 基于对环芳烷基团的双极性近紫外发光材料在（A）甲苯及（B）mCP掺杂薄膜中的发射光谱

由于对环芳烷基团具有平面手性，利用手性色谱柱分离得到了近紫外发光分子的对映异构体，结果显示这些对映体不仅表现出明显的圆二色性，而且能够发射出很强的近紫外圆偏振发光信号（图4）。其中，PsDN的对映体在甲苯溶液中的圆偏振发光不对称因子约为1.5×10^-3，这对于具有明显推拉电子结构的发光分子来说是较高的。理论研究表明，对环芳烷基团能有效抑制电子给受体间电荷转移，使得电偶极降低磁偶极提高，从而提升了发光不对称因子。

图4 近紫外发光材料TZDN及PsDN的光学异构体在溶液及mCP掺杂薄膜的圆二色谱（A和B）及圆偏振发光光谱（C和D）

以PsDN的对映体制备了有机发光二极管(OLEDs)，在电激发下OLED器件能发出明亮的电致近紫外圆偏振发光信号，电致发光不对称因子约为1.1×10^-3，发光最大波长为404 nm，CIE_y = 0.05。更为重要的是，近紫外圆偏振电致发光器件能够表现出优异的电致发光效率，器件外量子效率η_ext 大约为5.2%（图5）。此外，TzDN的对映体也能表现出很高的电致发光效率，器件外量子效率为4.4%，电致发光CIE_y = 0.08。这也是目前全球首例利用近紫外圆偏振发光材料制造的有机电致发光器件，实现了高效近紫外圆偏振电致发光。

图5 近紫外发光材料TzDN及PsDN的光学异构体表现出的电致发光性能

总结与展望

综上所述，对环芳烷基团能有效打断分子共轭，并能有效抑制电子给受体间的电荷转移，是构筑双极性近紫外发光材料的关键。此外，利用对环芳烷的面手性来实现近紫外圆偏振发光特性具有明显优势，能降低电偶极提升磁偶极，实现提高发光不对称因子的目标。更为重要的是，这些双极性近紫外圆偏振发光材料实现了高电致发光效率。显然，该工作为高性能近紫外圆偏振发光材料的设计制备提供了一个新的思路，将助力下一代高清3D显示技术及其器件的发展。

责任编辑

姜 楠    四川大学华西基础医学与法医学院

陈 静    中国科学院宁波材料技术与工程研究所

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原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-mater.2023.100028

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Materials第1卷第2期以Article发表的“Paracyclophane-based bipolar near-ultraviolet emitters showing advanced circularly polarized luminescent properties” (投稿: 2023-03-22；接收: 2023-08-08；在线刊出: 2023-09-06)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2023.100028

引用格式：Sun Y., Wang H., Liu S., et al. (2023). Paracyclophane-based bipolar near-ultraviolet emitters showing advanced circularly polarized luminescent properties. The Innovation materials 1(2), 100028.

作者简介

周桂江，西安交通大学化学学院教授、博士生导师。于2003年从中国科学院化学研究所毕业，随后在韩国、香港以及西班牙等国家与地区开展博士后研究，于2008年受聘为西安交通大学教授。主要研究方向为功能有机光电材料与器件，在Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Sci.、Adv. Funct. Mater.等化学与材料类权威SCI期刊上发表论文120余篇，论文被引近7000次。研究获得国际重点合作基金、国家自然科学基金、陕西省重点基金、教育部博士点基金等国家省部级基金的资助。曾获国家自然科学二等奖（第二完成人）、教育部自然科学一等奖及陕西省教育厅自然科学一等奖。2018至2022年入选Elsevier中国高被引学者。

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