近日，南京大學鄭佑軒團隊提出空間位阻輔助雙核策略，同時實現了窄光譜和圓偏振發射等特點。該工作以“Chiral dual-core organoboron structure realizes dual-channel enhanced ultrapure blue emission and highly efficient circularly polarized electroluminescence”為題發表在Adv. Mater. (DOI: 10.1002/adma.202204253)上。
具有圓偏振發光特性的有機電致發光器件（CP-OLED）在3D顯示等領域的重要應用價值受到了研究者的廣泛關注。其中，作為發光核心的圓偏振熱激活延遲熒光（CP-TADF）材料相比于效率較低的手性熒光材料和貴金屬參與的手性磷光材料，其既能夠有效利用單、三線態激子實現高效圓偏振發射，又能降低材料成本，使其在高效的CP-OLED中具有更大的應用潛力。目前手性TADF材料的構建大多采用的是手性微擾的策略，并且采用傳統的給-受體結構。然而這種柔性的連接方式通常會導致材料發射譜帶較寬，難以實現純色發射。
最近，鄭佑軒團隊提出空間位阻輔助雙核策略，同時實現了窄光譜和圓偏振發射等特點。團隊成員通過將兩個單核的多重共振TADF（MR-TADF）單元進行特殊位點的連接，制備了具有軸手性結構的多重共振TADF（CP-MR-TADF）材料。相較于單核結構單元（SOBN），具有空間位阻輔助的雙核結構（R/S-DOBN和R/S-DOBNT）的兩個核心相對獨立，表現出雙通道躍遷的特點，對材料量子產率的提升十分明顯，光色也能保持與單核結構一致。材料在摻雜薄膜中的最大發射峰分別在455和458 nm，半峰寬僅為32 nm，量子產率在0.9以上。同時，由于兩個發光核心共同構建了軸手性中心，使得手性中心完全參與到材料的發光過程，因而薄膜中表現出明顯的CPL信號，光致發光不對稱因子（gPL）在10-3的量級，首次實現了圓偏振純藍光的發射。
以R/S-DOBN和R/S-DOBNT為客體制備的CP-OLED器件最大發射峰為459和464 nm，半峰寬為38和35 nm，CIE坐標為（0.14,0.10）和（0.13,0.12），最大外量子效率分別可達23.9%和25.6%，|gEL|值均在10-3量級，實現了高效率、高色純度藍光CP-OLED器件的制備。
有意思的是，材料在薄膜和器件中的CPL信號十分明顯，但在溶液中的信號難以獲得。針對這一現象，團隊成員通過詳細的理論計算和實驗驗證，解釋了這一特殊現象產生的原因，同時也為手性發光材料的設計提供了一種新的思路。
首先，由于雙通道躍遷的特點，使得R/S-DOBN和R/S-DOBNT的S1和S2，S3和S4，S5和S6等相鄰的單線態能級表現出簡并的特點。而由于在能級躍遷過程中，所包含的NTO軌道對稱性不同（紅色矩形C2對稱，藍色矩形C2反對稱），導致了S1和S2簡并態手性光學性能的巨大差別。對于S0→S1而言，兩個躍遷通道所包含的NTO軌道都屬于不同的對稱性，導致躍遷磁偶極矩（μm）和躍遷電偶極矩（μe）在平行于分子C2對稱軸的分量各自相互抵消，偶極矩形成夾角的平面幾乎垂直于分子C2對稱軸，并且θe,m也接近90o。相反，對于S0→S2而言，兩個躍遷通道所包含的軌道都屬于相同的對稱性，μm和μe在垂直于分子C2對稱軸的分量各自相互抵消，并且θe,m也接近180o（0o），幾乎平行于分子C2對稱軸。從相關的計算結果和溶液中的測試的CD光譜可以明顯看出，S0→S2的手性光學性能更優秀，而主導發射態的S0→S1表現相對較差。因此，在進行溶液CPL的測試時，信號相對較弱。而在固體薄膜狀態下，原本溶液中較強的Cotton效應表現出紅移而較弱的Cotton效應表現出藍移，說明簡并的S1能級和S2能級進行了交換，由原來的S2態形成了新的S1*態。也正是因為簡并能級的交換，使得手性光學性能更優秀的S1*→S0稱為主導發射態，相應的CPL信號也有大幅提升，趨勢也變得十分明顯。
該工作以“Chiral dual-core organoboron structure realizes dual-channel enhanced ultrapure blue emission and highly efficient circularly polarized electroluminescence”為題發表在Adv. Mater. (DOI: 10.1002/adma.202204253)上，晏志平博士（目前在佛山季華實驗室工作）和博士研究生袁麗為論文共同第一作者，鄭佑軒教授為通訊作者。左景林教授和安眾福教授也對本文進行了指點和幫助。
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