武汉大学龚少龙团队：面手性铜(I)配合物实现高效电致圆偏振发光

铜(I)配合物因其廉价易得、结构多样、光物理性能独特等特点，有望替代被广泛使用的铱、铂等贵金属磷光配合物应用于有机发光二极管（OLED）领域。近年来，基于“卡宾-货币金属(I)-芳胺”（CMA）构型的二配位铜(I)配合物因具有显著的热活化延迟荧光（TADF）特性、较高发光量子效率和较短的激发态寿命，被认为是新一代理想的廉价金属发光配合物。尽管CMA铜(I)配合物及其OLED近年来取得了一定进展，但是目前手性CMA铜(I)配合物鲜有报道，其圆偏振发光（CPL）机制的研究依旧匮乏，相应的圆偏振OLED也尚未报道。

图1. 该工作报道的面手性CMA铜(I)配合物的结构式、前线轨道分布、电子-空穴分析及晶体结构

针对这些局限，武汉大学龚少龙团队通过在咔唑配体上引入面手性[2.2]环蕃单元，设计合成了首例具有面手性的CMA铜(I)配合物，对其CPL和TADF发光机制进行了深入探究，并实现了高效的电致圆偏振发光。

两组对映异构体在溶液中均呈现出明显的圆二色（CD）信号和CPL信号，其发光不对称因子可达+6.2×10⁻⁴。有趣的是，在咔唑配体上引入氰基会改变铜(I)配合物的磁跃迁偶极矩空间分布，进而影响其CPL特性。此外，作者还发现该铜(I)配合物具有极短的TADF寿命（88 ns），其辐射跃迁速率和反向系间窜越速率分别高达8.7×10⁶ s⁻¹和1.5×10⁸ s⁻¹。

图2. 面手性CMA铜(I)配合物的CD、CPL光谱及磁跃迁偶极矩的空间分布

鉴于该铜(I)配合物优异的光学特性，作者构筑了首例基于手性CMA铜(I)配合物的圆偏振OLED，实现了高效的电致圆偏振发光性能：外量子效率高达13.2%，电致发光不对称因子可达−5.9 ×10⁻⁴。此外，得益于该配合物高效的反向系间窜越过程，其器件呈现出极低的效率滚降（7.7%@10000 nits）。

图3. 基于面手性CMA铜(I)配合物的圆偏振OLED器件结构、器件性能以及电致圆偏振发光光谱和发光不对称因子

综上所述，该工作首次报道了面手性铜(I)配合物，通过光物理研究与理论模拟计算相结合，深入探究了其TADF特性和CPL发光机制，并构筑了圆偏振OLED，成功实现了高效的电致圆偏振发光。该研究不仅表明铜(I)配合物在构筑高效、廉价的圆偏振OLED方面具有巨大潜力，而且为构建手性廉价金属发光配合物提供了新的设计策略。

该研究近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。论文第一作者为武汉大学博士研究生应翱，通讯作者为武汉大学龚少龙教授。详细内容见：Ao Ying, Lisi Zhan, Yao Tan, Xiaosong Cao, Chuluo Yang, Shaolong Gong. Copper(I) Complexes with Planar Chirality Realize Efficient Circularly Polarized Electroluminescence. Sci. China Chem., 2023, doi: 10.1007/s11426-023-1635-5.

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