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由于手性多重共振熱激活延遲熒光（CP-MR-TADF）材料具有高量子產率、高色純度，并能直接實現圓偏振發(fā)光（CPL）的特點，在制備圓偏振有機電致發(fā)光器件（CP-OLED）以及3D顯示中有重要的應用前景。然而，在MR-TADF的剛性骨架中引入手性源，容易引起發(fā)射光譜的展寬。并且由于手性源與發(fā)光中心的分離，CP-MR-TADF的CPL性能往往不盡人意。

為解決這一問題，南京大學化學化工學院鄭佑軒課題組基于軸手性聯苯分子進行了系列工作。在之前的工作中，基于氰基和咔唑/酚惡嗪的軸手性聯苯TADF發(fā)光分子獲得了較好的手性發(fā)光（Adv. Sci., 2020, 7, 2000804）。然而，軸手性聯苯策略尚未應用到CP-MR-TADF分子中。

圖1. 軸手性CP-MR-TADF分子的設計策略

在本工作中，選擇了基于更大空間位阻基團（苯基硫(-SPh)/苯基砜基(-SO₂Ph)）的聯苯作為手性源，并將其與經典的MR-TADF片段（DtBuCzB）相結合，獲得了同時具有良好CPL性質與發(fā)光性能的兩對軸手性CP-MR-TADF分子：(R/S)-S-AX-BN與(R/S)-SO₂-AX-BN（圖1）。將聯苯骨架引入B原子的對位，使得MR片段的前沿分子軌道延伸到軸手性源上。同時，-SPh/-SO₂Ph的電子供體/受體效應可以對整個分子的發(fā)光性質進行調控。另外，S的重原子效應可以促進MR-TADF分子的反系間躍遷過程，從而實現較高的發(fā)光效率與器件中較低的效率滾降。

圖2. (a), (b) 甲苯溶液中(R/S)-S-AX-BN與(R/S)-SO₂-AX-BN的熒光/紫外-可見吸收光譜； (c), (e) 薄膜中(R/S)-S-AX-BN與(R/S)-SO₂-AX-BN的CPPL光譜；(d), (f) CPPL光譜對應的g_PL-波長曲線。

在甲苯溶液中，S-AX-BN與SO₂-AX-BN最大發(fā)射波長分別為489和495nm，半峰寬（FWHM）分別為21和20nm。由于軸手性源與發(fā)光中心的良好結合，(R/S)-S-AX-BN與(R/S)-SO₂-AX-BN在溶液中呈現出鏡像對稱的CPL光譜，不對稱因子|g_PL|為2.2×10^-3和1.4×10^-3。在薄膜中，其同樣表現出鏡像對稱的CPL光譜，|g_PL|分別為3.5×10^-3和2.3×10^-3。

基于S-AX-BN和SO₂-AX-BN制備的CP-OLED器件D-(rac/R/S)-S-AX-BN和D-(rac/R/S)- SO₂-AX-BN在495和500 nm處展示出極窄的電致發(fā)光（FWHM=22, 21 nm），在基于目前已知CP-MR-TADF的器件中屬于最窄的，并展示出33.5%和31.5%的最大外量子效率(EQE_max）與較低的效率滾降。更重要的是，它們分別獲得了穩(wěn)定且鏡像對稱的圓偏振電致發(fā)光（CPEL）光譜，其|g_EL|分別為3.3×10^-3和2.2×10^-3，是該領域軸手性同類CP-MR-TADF材料中的最高值。

圖3. OLEDs性能：(a) 材料能級圖和器件結構; (b) 電致發(fā)光光譜; (c) CIE坐標; (d) 電流密度-電壓-亮度曲線; (e) EQE -亮度曲線; (f) 電流效率-亮度曲線。

圖4. CP-OLEDs性能：(a), (c) CPEL光譜; (b), (d) g_EL-波長曲線。

該研究提出了一種設計同時具有高發(fā)光效率與良好手性的CP-MR-TADF分子的簡單方法，并證明了軸手性聯苯CP-MR-TADF分子設計策略的成功性，為制備高效率的窄帶CP-OLED提供了有價值的參考。

本工作發(fā)表在Adv. Funct. Mater. (2024, DOI: 10.1002/adfm.202412044)上，碩士研究生王相智為論文第一作者，鄭佑軒教授為論文通訊作者。感謝左景林教授對本工作的支持與幫助！本工作得到了國家自然科學基金項目(92256304、U23A20593)和江蘇省自然科學基金項目(BK20243010, BK20242021)的大力支持！