有机窄谱带发光材料因其无需彩色滤光片即可实现广色域、高分辨率发光显示的广阔应用潜力而备受研究者关注。其中多重共振(MR)发光分子自报道以来已成为实现窄谱发射的重要分子设计策略,该设计中邻/对位分布的缺电子原子与富电子原子在多环骨架中产生反向多重共振效应,形成非键分子轨道特性,有效抑制分子骨架振动,实现较小的激发态弛豫和窄半峰宽(FWHM)发射光谱。羰基/氮原子(C=O/N)共振结构的多环芳烃由于其窄谱发射特性和高合成效率是一类重要的MR发光体,近年来取得了重要研究进展。然而现有C=O/N MR发光材料因多环骨架能隙较宽,主要局限于蓝光和绿光区域,红光发射体系鲜有报道。
有鉴于此,本论文提出一种通过将缺电子C=O与富电子N原子引入非稠合共轭二烯骨架实现纯红光窄谱发射的设计策略。与传统C=O/N MR体系仅含单根C=C键的稠合多环骨架不同,非稠合二烯骨架可在C=O与N原子间插入两根共轭C=C键,显著降低能隙以实现光谱红移。同时,C=O与N原子的电子效应差异促使HOMO/LUMO沿二烯骨架交替分布,产生短程电荷转移(SRCT)效应实现窄谱发射与TADF特性。概念验证分子NF-CON1/NF-CON2(图1)在含C=O的环己烷-1,3,5-三酮单元与三个含N的INInd/SPInd单元间插入共轭二烯,获得1.97 eV的低能隙及620 nm红光发射(FWHM=34-35 nm),并具备2.93-3.04×10^5 s^-1的反向系间窜跃速率常数。基于具有立体螺芴(SPInd)单元的NF-CON2制备的溶液加工电致发光器件,实现了628 nm纯红光窄谱电致发光(FWHM=37 nm/0.117 eV),最大外量子效率为24.2%,为首例实现发光峰值超过600 nm且FWHM小于40 nm的C=O/N窄谱带发光材料。

这一研究成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,论文共同第一作者为海南大学材料科学与工程学院博士研究生吕坤,通讯作者为海南大学陈志才副教授和邵世洋教授。该研究成果得到了国家重点研发、国家自然科学基金、海南省科技人才创新项目、海南大学科研启动基金等项目的支持和资助。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518808