黑龙江大学许辉韩春苗教授AngewChem:多共振膦氧多环芳烃的高效紫外电致发光
来源:小九直播nba免费观看 发布时间:2024-04-08 00:15:34高效的紫外电致发光材料仍然是一个巨大的挑战,因为同时需要满足短的峰值波长400 nm和窄的半峰全宽(FWHM)50 nm。从这个意义上讲,具有窄带发射特性的多重共振 (MR) 热活化延迟荧光 (TADF) 发射体有望应用于紫外电致发光。近日,在该研究领域取得了新进展。他们基于咔唑-膦氧(P=O)熔合芳烃开发了一种新型的MR-TADF骨架,构建了两个紫外多共振发射体,并实现了外量子效率高达15.1%的窄带紫外电致发光。研究结果证明了基于 P=O-N 骨架的MR-TADF发射体在光电子学、生物学和医学科学等实际应用中的巨大潜力。该研究工作于近日以“High-Efficiency Ultraviolet Electroluminescence from Multi-Resonance Phosphine Oxide Polycyclic Aromatics”为题,被Angew. Chem.(DOI: 10.1002/anie.202316479)在线发表。
本研究以膦氧(P=O)作为吸电子基团开发了新颖的P=O-N 共振骨架,并据此合成了两个新型的紫外 MR-TADF 发射体CzP2PO和tBCzP2PO(图 1a 和 1b)。
与硼(B)和羰基(C=O)相比,P=O具有相对较弱但更合适的吸电子效应,使得CzP2PO具有最高的S1能级~3.78 eV,发射峰蓝移到紫外区域。除了P=O的吸电子效应较弱外,由于P原子的半径(110 pm)远大于B原子(85 pm)和C原子的半径(77 pm), P=O的加入无疑会引起CzP2PO和tBCzP2PO中多环面明显的变形,造成对共轭的限制。同时,由于P原子的sp3杂化构型,CzP2PO的苯基不会与N-P杂环共面,由此产生空间位阻,减轻了分子间相互作用引起的猝灭。与未稠合芳环的类似物tBCzHSPO相比,tBCzP2PO的多环平面化诱导前线轨道(FMO)在稠合的苯基上进一步延伸,反映出其明显地增强的MR效应。
以mCP:10% CzP2PO或tBCzP2PO作为发光层,基于简单的三层结构,制备了首例紫外MR-TADF器件。其中,基于tBCzP2PO的器件最大发射波长为384 nm,半峰宽为 32 nm,最大外量子效率(EQE)超过15%,是迄今为止所有类型紫外OLED的最高效率记录。这些结果证明了P=O-N多共振体系实现优异光电性能的潜力。
图3 基于 CzP2PO和tBCzP2PO器件的电致发光性能。(a)器件结构;(b)电致发光光谱;(c)CIE色坐标和器件照片(插图);(d)电流密度-电压-亮度曲线;(e)效率-亮度曲线;(f)代表性紫外OLED(峰值波长<400 nm,FWHM<80 nm)外量子效率的总结。(图片来自:Angew. Chem.)
该工作根据结果得出,P=O基团的电子和空间效应的结合能控制并调节多重共振效应和分子间相互作用,使P=O-N体系可以胜任高效、高色纯度的OLED应用,为开发和扩展多重共振体系提供了理论参考和实验基础。文章的第一作者是黑龙江大学博士研究生马鹏。黑龙江大学许辉教授和韩春苗教授为共同通讯作者。这项研究得到了国家高层次青年人才项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金委的联合资助。
黑龙江大学化学化工与材料学院膦基光电课题组,我们的研究方向基于光电应用的磷基材料(包括小分子、配合物和聚合物),涉及化学、材料科学和器件物理等多个学科。个人会使用经典的化学手段作为基础方法,将含磷的器件组装成集成系统,发现新的科学现象并探索新的应用,例如有机电致发光二极管、光电探测器和太阳能电池。特别对以磷为基础的官能团的电子和空间效应来控制激发态特征和分子间相互的作用,了解结构和物理性质之间的关系。课题组具有充足的科研经费、实验室空间和全新的实验设备,欢迎报考硕士、博士,申请联培研究生、科研助理和博士后。
许辉,黑龙江大学教授、博导。化学化工与材料学院院长、功能无机材料化学教育部重点实验室常务副主任。国家杰出青年基金获得者、百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家、国家高层次青年人才、教育部新世纪优秀人才、龙江学者特聘教授、黑龙江省杰出青年基金获得者、省政府特殊津贴专家。主要是做磷基光电功能材料相关的研究。在Nature Photonics、Science Advances、Chem、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Advanced Materials等期刊上发表论文150余篇。授权的国家发明专利50余项,已转让2项。主持国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目、面上项目等国家和省部级20余项。获黑龙江省科技奖自然科学类一等奖、2021年中国光学十大进展提名奖等。
韩春苗,黑龙江大学教授、博导。国家高层次青年人才、首批中国博新计划入选者、黑龙江省青年创新团队带头人。主要是做极限波长光电功能材料相关研究。在Science Advances、Nature Communications、Chem、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Advanced Materials等期刊上发表论文90余篇。授权中国发明专利26项、已技术转让2项。主持国家自然科学基金面上、青年项目等各级课题10余项。获省科技奖一等奖1项、省青年科技奖、省青年五四奖章等。