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Angew. Chem. :螺环锁赋能氮/羰基体系:高效窄谱深蓝光多重共振TADF材料

多重共振热激活延迟荧光(MR-TADF)材料因其在有机发光二极管(OLED)中实现高效且窄谱的电致发光特性而备受瞩目。其中,绝大部分窄半峰宽(FWHM)发光材料都基于硼氮(B/N)体系的MR-TADF材料(如v-DABNA等),但B/N体系分子的合成和纯化较为复杂。因此,开发其他类型的深蓝光窄谱MR-TADF材料成为研究焦点。


最近,苏州大学蒋佐权教授等在其所发展的氮羰基(N/C=O)体系MR-TADF材料的基础上提出了一项创新策略——“螺环锁”修饰QAO,成功地实现了高性能和窄谱深蓝光电致发光。


该工作的核心是在经典的QAO分子“湾”位引入螺环结构,但是,研究发现常规的Ullman反应无法实现螺环芳胺的C-N直接偶联。为应对这一合成难题,他们通过常规路线合成了C1位溴取代的QAO中间体。随后,通过还原、锂-卤交换、亲核进攻、傅克环化和氧化一系列反应,获得了四个螺环QAO衍生物(SFQ、SOQ、SSQ和SSeQ)。其中,还原反应成功规避了羰基与丁基锂试剂之间的副反应,确保了四种螺环衍生物的顺利构建。



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光物理测试表明,在甲苯稀溶液中,与未修饰的QAO(λ = 466 nm,FWHM = 32 nm)相比,螺环QAO衍生物(SFQ、SOQ、SSQ、SSeQ)的荧光光谱发射峰(λ)发生蓝移,光谱半峰宽(FWHM)减小(λ = 445 - 448 nm,FWHM = 17 - 19 nm)。这是因为螺环基团赋予分子更高的刚性,使其具备较小的重组能。单晶结构证明,螺环基团与QAO片段呈正交构型,有助于抑制分子发光光谱展宽。因此,在掺杂薄膜中,SFQ、SOQ、SSQ和SSeQ的光谱展宽较小,发光量子产率(PLQY)超过92%。相比之下,该工作也通过经典方法合成了已报道的CZ2CO(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215226)的分子母核CZQ。CZQ在甲苯稀溶液中呈现窄谱深蓝光特性。然而,其平面分子结构使得CZQ在掺杂薄膜中的光谱发生红移,FWHM极具增大(λ = 468 nm,FWHM = 68 nm),CZQ的PLQY仅为47.7%。CZQ与CZ2CO的光物性差异凸显了位阻效应的重要性。

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此外,掺杂器件的性能进一步证实了螺环修饰的优越性。基于CZQ的器件的发光色纯度和外量子效率(EQE)和(λ = 460 nm,FWHM = 63 nm,EQE = 10.2%)低于QAO(λ = 468 nm,FWHM = 39 nm,EQE = 19.4%)。相比之下,螺环衍生物的掺杂器件性能则同时实现了器件效率和发光色纯度的显著改善。其中,SSQ的器件性能最佳(λ = 456 nm,FWHM = 31 nm,EQE = 25.5%),达到了深蓝光QAO衍生物的最高水平。该工作为深蓝光窄谱电致发光材料设计提供了崭新思路。

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文信息

Introducing Spiro-locks into the Nitrogen/Carbonyl System towards Efficient Narrowband Deep-blue Multi-resonance TADF Emitters

You-Jun Yu, Zi-Qi Feng, Xin-Yue Meng, Long Chen, Fu-Ming Liu, Sheng-Yi Yang, Dong-Ying Zhou, Liang-Sheng Liao, Zuo-Quan Jiang*


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202310047




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