南大郑佑轩团队在手性多重共振材料和圆偏振发光器件方面获进展

　　具有圆偏振发光特性的有机电致发光器件（CP-OLED）在3D显示等领域的重要应用价值受到了研究者的广泛关注。其中，作为发光核心的圆偏振热激活延迟荧光（CP-TADF）材料相比于效率较低的手性荧光材料和贵金属参与的手性磷光材料，其既能够有效利用单、三线态激子实现高效圆偏振发射，又能降低材料成本，使其在高效的CP-OLED中具有更大的应用潜力。目前手性TADF材料的构建大多采用的是手性微扰的策略，并且采用传统的给-受体结构。然而这种柔性的连接方式通常会导致材料发射谱带较宽，难以实现纯色发射。

　　最近，南京大学化学化工学院郑佑轩团队提出空间位阻辅助双核策略，同时实现了窄光谱和圆偏振发射等特点。团队成员通过将两个单核的多重共振TADF（MR-TADF）单元进行特殊位点的连接，制备了具有轴手性结构的多重共振TADF（CP-MR-TADF）材料。相较于单核结构单元（SOBN），具有空间位阻辅助的双核结构（R/S-DOBN和R/S-DOBNT）的两个核心相对独立，表现出双通道跃迁的特点，对材料量子产率的提升十分明显，光色也能保持与单核结构一致。材料在掺杂薄膜中的最大发射峰分别在455和458 nm，半峰宽仅为32 nm，量子产率在0.9以上。同时，由于两个发光核心共同构建了轴手性中心，使得手性中心完全参与到材料的发光过程，因而薄膜中表现出明显的CPL信号，光致发光不对称因子（gPL）在10-3的量级，首次实现了圆偏振纯蓝光的发射。

　　以R/S-DOBN和R/S-DOBNT为客体制备的CP-OLED器件最大发射峰为459和464 nm，半峰宽为38和35 nm，CIE坐标为（0.14,0.10）和（0.13,0.12），最大外量子效率分别可达23.9%和25.6%，|gEL|值均在10-3量级，实现了高效率、高色纯度蓝光CP-OLED器件的制备。

　　有意思的是，材料在薄膜和器件中的CPL信号十分明显，但在溶液中的信号难以获得。针对这一现象，团队成员通过详细的理论计算和实验验证，解释了这一特殊现象产生的原因，同时也为手性发光材料的设计提供了一种新的思路。

　　首先，由于双通道跃迁的特点，使得R/S-DOBN和R/S-DOBNT的S1和S2，S3和S4，S5和S6等相邻的单线态能级表现出简并的特点。而由于在能级跃迁过程中，所包含的NTO轨道对称性不同（红色矩形C2对称，蓝色矩形C2反对称），导致了S1和S2简并态手性光学性能的巨大差别。对于S0→S1而言，两个跃迁通道所包含的NTO轨道都属于不同的对称性，导致跃迁磁偶极矩（μm）和跃迁电偶极矩（μe）在平行于分子C2对称轴的分量各自相互抵消，偶极矩形成夹角的平面几乎垂直于分子C2对称轴，并且θe,m也接近90o。相反，对于S0→S2而言，两个跃迁通道所包含的轨道都属于相同的对称性，μm和μe在垂直于分子C2对称轴的分量各自相互抵消，并且θe,m也接近180o（0o），几乎平行于分子C2对称轴。从相关的计算结果和溶液中的测试的CD光谱可以明显看出，S0→S2的手性光学性能更优秀，而主导发射态的S0→S1表现相对较差。因此，在进行溶液CPL的测试时，信号相对较弱。而在固体薄膜状态下，原本溶液中较强的Cotton效应表现出红移而较弱的Cotton效应表现出蓝移，说明简并的S1能级和S2能级进行了交换，由原来的S2态形成了新的S1*态。也正是因为简并能级的交换，使得手性光学性能更优秀的S1*→S0称为主导发射态，相应的CPL信号也有大幅提升，趋势也变得十分明显。

　　该工作以“Chiral dual-core organoboron structure realizes dual-channel enhanced ultrapure blue emission and highly efficient circularly polarized electroluminescence”为题发表在Adv. Mater.(DOI: 10.1002/adma.202204253)上，晏志平博士（目前在佛山季华实验室工作）和博士研究生袁丽为论文共同第一作者，郑佑轩教授为通讯作者。左景林教授和安众福教授也对本文进行了指点和帮助。

　　论文链接

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202204253

　　（来源：南京大学 版权属原作者 谨致谢意）