近年来，柔性显示技术备受关注，特别是有机发光二极管（OLED）技术，在研究和应用领域占据重要地位。其中，发展高效稳定的蓝光OLED器件一直是该领域面临的最大挑战和瓶颈。超敏荧光技术（TSF技术）结合了热活化延迟荧光材料（TADF）的高激子利用率和荧光材料窄光谱、高效率和高稳定性的特点，被认为是实现蓝光OLED宽色域、高效率、低效率滚降和长寿命的有效方法。然而，相比蓝光发光材料在近年来的迅速发展，适用于构筑蓝光OLED的TADF敏化材料的研究进展相对缓慢，限制了蓝光TSF-OLED性能的提升及其产业化进程。
四川大学化学学院游劲松教授和宾正杨教授团队一直致力于发展具有非传统结构的OLED新材料，以突破其结构和性能瓶颈。在前期研究中，该团队提出了“分子结构适度刚性和柔性”的科学设想，发展了一种“刚柔并济”的七元环二酰亚胺电子受体（BPI）。基于BPI受体的TADF发光分子DMAC-BPI和DPAC-BPI-CN展现显著的聚集诱导延迟荧光性质，从而获得了高效率和低效率滚降的非掺杂OLED器件（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9992；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202213157）。近日，该团队基于中环分子设计策略，发展了一种具有优异激子动力学过程的蓝光TADF敏化材料26tCz-TRZBPI，该分子结合了一个扭曲的七元环二酰亚胺（BPI）受体和一个相对平面的二苯基三嗪（TRZ）受体，具有快速的逆系间窜越速率（kRISC = 1.8 × 106 s-1）和辐射跃迁速率（kR = 1.0 × 107 s-1），同时扭曲的分子结构可以有效降低非辐射跃迁速率（kNR = 6.0 × 103 s-1）。
通过理论计算研究发现，26tCz-TRZBPI分子中的两个不同受体结构单元可以与给体单元形成空间电荷转移（TSCT）和沿键电荷转移（TBCT），从而提供了有效的多上转化通道，这是实现高kRISC的关键。此外，引入具有柔性七元环结构的BPI受体相较于具有刚性平面结构的五元环二酰亚胺和六元环二酰亚胺受体，可以实现分子前线轨道分布更高效的重叠，加速辐射跃迁过程，使分子具有高kR和光致发光量子产率（PLQY）。扭曲的七元环酰亚胺结构的引入还可以有效抑制分子间的紧密π-π堆积相互作用，从而在聚集态下获得较低的kNR和较高的PLQY。进一步分析表明，26tCz-TRZBPI发光分子在mCPCN主体材料中的发射光谱相比于溶液展现出显著的蓝移发射，可以与纯蓝光窄发光分子v-DABNA的吸收光谱产生重叠，从而实现由天蓝光TADF材料到纯蓝光发光材料的高效Förster能量传递过程。
最后，OLED测试结果表明，以26tCz-TRZBPI为TADF敏化材料，v-DABNA为发光材料的OLED器件展现出窄光谱纯蓝光发射，其发射波长为472 nm，发射半峰宽为21 nm。同时，该器件展现出优异的电致发光性能，其最大外量子效率为24.3%，在10000 cd/m2的高亮度下，仍有16.8%的外量子效率，这是文献报道的纯蓝光TSF-OLED器件的最优性能。这项工作不仅证明了“中环策略”是一种构筑高效TADF材料的重要方法，而且为制备高性能蓝光OLED提供了新的思路。
该研究以“Alignment of Heptagonal Diimide and Triazine Enables Narrowband Pure-Blue Organic Light-Emitting Diodes with Low Efficiency Roll-Off”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition上，四川大学为第一单位，化学学院游劲松教授和宾正杨教授为该论文通讯作者，博士研究生憨卫国为论文的第一作者。特别感谢国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学的经费支持。同时感谢化学学院测试平台李静老师对于化合物表征等提供的帮助和支持。
文章链接: https://doi.org/10.1002/anie.202312297
