全面剖析多重共振发光材料在OLED领域的研究进展、面临挑战与未来前景

近年来，多重共振 (Multiple Resonance, MR) 发光材料凭借高效率与窄谱带发光特性，成为化学和材料科学领域的前沿研究焦点。其独特的分子设计可实现近乎 100% 的激子利用率，为下一代显示技术开辟了全新路径，也因此成为有机发光二极管（OLED）领域的热门研究方向。2024 年底，有机窄谱带发光材料入选中国科学院与科睿唯安联合发布的化学与材料科学领域 Top10 热点前沿，充分彰显了 MR 发光材料的重要性与研究热度。

MR 发光材料的核心优势源于多重共振效应，通过在刚性多环芳烃骨架中巧妙交替排列给体（D）和受体（A）单元（如 B/N、N/-CO - 或 N 嵌入多环芳烃（N-PAHs）等）实现。这种精妙设计使得最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）在空间上交错分布，大幅降低内部重组能，进而实现超窄带宽发射（半峰宽 FWHM 最低可达 14 nm）与超高荧光量子产率（ΦPL接近 100%）。此外，MR-TADF 材料具备较小的单重态 - 三重态能隙（ΔEST），为热激活延迟荧光（TADF）过程提供了有利条件，进一步提升激子利用率，展现出巨大的应用潜力。

尽管前景光明，MR 发光材料的发展仍面临诸多挑战：（i）在分子结构层面，交替分布的 D-A 单元配置限制了化学结构的多样性，阻碍了新型材料结构的开发。（ii）发光性能方面，MR-TADF 材料与传统 TADF 材料类似，存在延迟荧光衰减寿命长的问题，影响器件的长期稳定性。（iii）由于杂原子参与反键轨道，阻断了分子共轭，实现深红光和近红外发光依旧困难重重，极大限制了其在光电子领域的应用范围。（iv）光谱形状和 FWHM 的优化也存在难题，常见的振动肩峰影响了发射光谱的纯度。（v）在实际应用中，平面刚性的MR-TADF 分子成膜时易聚集，导致发光猝灭或产生不期望的发光（如激基缔合物），严重制约了器件性能提升。

鉴于此，常州大学吴秀刚教授（点击查看介绍）联合台湾大学周必泰教授（点击查看介绍）在Chemical Reviews发表“Comprehensive Review on the Structural Diversity and Versatility of Multi-Resonance Fluorescence Emitters: Advance, Challenges, and Prospects toward OLEDs” 一文，全面且系统地剖析了MR发光材料，详细阐述其在 OLED 领域的研究进展、现存挑战与未来发展前景（如 Scheme 1 所示）。

Scheme 1. Key Themes of This Review

要点一：MR发光材料分类

目前，MR 发射体研究涵盖了多种类型，如硼 / 氮（B/N）型、氮 / 羰基（N/CO）型和氮嵌入多环芳烃（N-PAHs）型等，不同类型在合成方法与结构多样性上各具特色。B/N 型 MR 发射体借助多种硼化方法，成功实现结构多样化，经典分子 DABNA-1 及其衍生物在 OLED 中展现出优异性能；N/CO 型发光材料合成工艺相对简便，通过分子结构修饰可有效调控发光性能；N-PAHs 型发射体虽不含传统电子受体，却具备独特的短程电荷转移（SRCT）特性，进一步丰富了 MR 材料体系。

图1.（a）具有代表性的多重共振（MR）发光材料的电子密度分布。（b）多重共振效应显著降低基态（S0）和单重态（S1）的重组能（λ）。（c）与磷光材料、传统 TADF 材料相比，MR 发光材料凭借窄光谱特性，以较低能量峰值即可达到相同 CIEy 值。

要点二：MR发光材料的颜色调控

MR-TADF 材料可通过多种策略实现发射颜色的精确调控：调节分子内电荷转移（ICT）：如引入强给体（如咔唑）或强受体（如氰基）、B-π-B/N-π-N结构，可实现发射光谱的红移或蓝移。扩展π-共轭：融合多环芳烃或引入大 π 体系，促使发光向长波方向移动。外围修饰：通过引入氟原子或甲基等基团，调控分子能级分布，优化发射波长。

目前，MR-TADF材料已实现从深蓝到近红外的全可见光谱覆盖，部分材料性能达到显示标准（如 BT.2020）。

图2. 给体/受体强度调节光色

要点三：聚集猝灭（ACQ）的抑制

MR-TADF材料的平面刚性结构易导致聚集猝灭（ACQ），严重影响器件性能。以下策略可有效缓解这一问题：引入空间位阻基团：如叔丁基、三苯胺等，增加分子间距离。设计螺旋或扭曲结构：如螺旋烯衍生物，减少π-π堆积。采用自主体策略：通过主-客体相互作用抑制激子湮灭。例如，BN-CP1在30%掺杂浓度下仍能保持高效率和窄带宽发射。

图3. 基于BCz-BN (5)骨架的抑制ACQ代表性分子

要点四：激子利用与反向系间窜越（RISC）加速

深入理解 MR 发光材料的激子利用机制，对拓展其在光电领域的应用至关重要。提高激子反向系间窜越（RISC）速率，有助于增强 MR-TADF 材料的器件稳定性，可通过以下方法实现：利用重原子效应：引入硫、硒等元素增强自旋轨道耦合（SOC）。例如，CzBSe的RISC速率高达1.8 × 108 s-1，为目前报道的最高值。优化几何构型：采用扭曲构型，促进S1与Tn态的能量匹配。修饰外围孤对电子：如咔唑衍生物提供额外的RISC通道。

图4. MR类发光材料利用激子途径。

要点五：圆偏振发光（CPL）MR材料

圆偏振 MR-TADF 材料（CP-MR-TADF）在 3D 显示和光学防伪领域极具应用潜力。通过手性扰动（如螺旋烯、轴向手性）或本征手性设计，可实现高不对称因子（|gEL|）的圆偏振发光。

图5. CP-MR-TADF类发光材料代表分子。

要点六：OLED应用与器件优化

MR-TADF材料在OLED中已展现出良好性能，但器件性能仍有较大优化空间：设计新型主体材料：如mCBP与DABNA-1形成非传统的激基复合物，增强TADF特性。采用敏化（TSF）策略：利用TADF或磷光材料作为敏化剂，提升 MR 发光材料效率。提升稳定性：抑制三重态 - 三重态湮灭（TTA）和双光子吸收（TPA），降低效率滚降。

图6. (a)柔性链封装发光材料抑制Dexter能量转移；(b)柔性链封装MR发光材料 NB-1和敏化剂DMAC-DPS的吸收光谱和光致发光光谱。(c)NB-1和 NB-2的合成方案。(d) 基于SpiroAC-TRZ和GBN的TSF体系敏化机理。

总结与展望

MR-TADF材料凭借其独特的结构和优异的光电性能，已成为OLED领域的重要研究方向。尽管其面临着分子多样性有限、延迟荧光寿命较长等问题，但经过持续科研攻关，已经取得了显著进展，如实现了从紫色到深红色的全波段发光、获得了较高 RISC速率的MR 发光材料。未来研究可聚焦于以下方向：

1. 材料设计创新：开发具有较小ΔEST、较高RISC速率的窄光谱MR 发光材料，有望从材料的角度简化OLED制作工艺。消除离域 π 键导致的影响色纯度的肩峰，也是MR 发光材料的重点发展方向之一。

2. 器件工程突破：TSF策略有效提高了器件效率，仅由 TADF 敏化剂和 “无基质” MR 发光材料组成的二元体系，为未来研究提供了新方向。

3. 新兴材料探索：新涌现的窄光谱发光材料，如基于“孤子”理论、具有激发态质子转移性质的窄光谱材料，在TSF策略的加持下展现出巨大潜力。

总之，本综述全面梳理了 MR 发光材料研究进展，附件详细汇总了相关光物理和器件性能参数，为科研人员提供了极具价值的参考。随着材料设计与器件工程技术的不断进步，MR-TADF 材料有望推动 OLED 显示技术迈向新高度。

该 Chemical Reviews 文章由常州大学吴秀刚教授担任第一通讯作者，常州大学朱卫国教授与台湾大学周必泰教授为共同通讯作者，常州大学硕士研究生倪松潜、台湾大学博士研究生王知行为共同作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Comprehensive review on the structural diversity and versatility of multi-resonance fluorescence emitters: advance, challenges and prospects toward OLEDs

Xiugang Wu*, Songqian Ni, Chih-Hsing Wang, Weiguo Zhu*, Pi-Tai Chou*

Chem. Rev., 2025, DOI: 10.1021/acs.chemrev.5c00021