清华大学段炼、张东东课题组Adv. Mater.：首次实现BT.2020红光的高效长寿命多重共振材料

导语

有机发光二极管（OLED），具有自发光、超薄、柔性、低响应时间、低功耗等优点，是未来高清显示和暖光照明的主流方向。在2019年，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）颁布了面向新一代超高清UHD（Ultra-high definition）视频制作与显示系统的BT.2020标准。在OLED器件层面的BT.2020实现将有助于OLED在增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等超高清显示设备的应用。多重共振型（Multiple Resonance，MR）荧光分子具有窄光谱、高辐射跃迁速率等优点，有潜力成为下一代全光色OLED材料主流分子结构。虽然目前针对蓝光和绿光区域的高色纯度多重共振系列材料的研究较多，但目前鲜有长寿命、高色纯度红光MR分子的报道。近日，清华大学段炼、张东东团队在该领域获得进展，率先开发了达到BT.2020红光标准超长寿命多重共振材料，相关工作发表在Adv. Mater.上（DOI: 10.1002/adma.202301018）。

前沿科研成果

实现BT.2020红光的高效长寿命多重共振材料

为了获得达到BT.2020红光的电致发光要求的多重共振材料，近日，清华大学段炼、张东东团队提出利用具有N-π-N结构的吲哚并咔唑替换现多重共振材料中常用的咔唑结构，结合此前利用B-π-B结构获得高PLQY深红光窄光谱材料的工作，成功合成了红光MR-TADF染料（BNNO）。该材料优势在于，和此前常用的在多重共振母核上引入长距离电荷转移电荷转移（CT）特性的材料相比，利用N-π-N结构的吲哚并咔唑的BNNO具有更多的短距离电荷转移（SRCT）特征以及更加刚性的共振母核。

图1.传统MR分子与BNNO（图片来源：Adv. Mater.）

TD-DFT理论计算证明，和使用传统咔唑基团的分子（BNO）相比，除了具有红移的发射光谱以外，BNNO拥有更小的总重组能，以及更具有多重共振特征的电子云分布。在选定的代表性频率下，BNNO采用的吲哚并咔唑和BNO采用的咔唑相比基团振动幅度更小，拥有相似振动频率下更小的黄昆因子和该振动模式下更小的重组能。因此，BNNO具有更窄的理论模拟光谱。

图2. BNNO和BNO (a) HOMO/LUMO 分布, (b), (c) 重组能 (λ), (d) 模拟光谱, e) 不同频率下黄昆因子、重组能对比.（图片来源：Adv. Mater.）

得益于更刚性、更具短距离电荷转移特征的多重共振母核，BNNO在溶液状态下具有窄化的纯红光发光特征（637 nm, FWHM<0.1 eV）,在以BNNO为染料制备的磷光敏化OLED实现了BT.2020 红光色纯度要求（波长~ 640 nm， CIE(0.708, 0.292)）。该器件不仅实现了最高达34.4%的外量子效率（EQE），而且其展现了1000 cd/m2和10,000 cd/m2的亮度下的分别高达31.4% 和24.6%的低效率滚降特征。此外，上述器件表现出高稳定性，5000 cd/m2的初始亮度下，LT95超过了605小时，折合1000 cd/m2的初始亮度下LT 95>10,000 h。

该工作发表在《先进材料》上，文章共同通讯作者是段炼教授和张东东助理研究员，第一作者是清华大学博士生范天骄。研究工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金委员会、广东省基础与应用基础研究重大项目和广东省基础与应用基础研究基金的资助。

课题组简介

清华大学段炼、张东东课题组长期从事有机光电/钙钛矿材料相关领域研究，提出了热活化敏化发光的新型发光机制，发展了高迁移率的双极性传输材料和基于稳定前驱体的电子注入材料，利用大位阻基团包覆的策略，设计开发了高效稳定的蓝光热活化延迟荧光材料，并将该类材料引入到白光器件中，为高效稳定的白光OLED技术提供了相关的理论指导。

教授简介

段炼，清华大学化学系教授，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任。1998年本科毕业于清华大学，2003年获得清华大学理学博士学位。长期从事有机光电材料相关领域研究，在Nat. Commun.，Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Chem，Light. Sci. Appl.，Energ. Environ. Sci.等刊物上发表了SCI论文200余篇，引用10000余次，获授权国际国内发明专利150余项。2011年获得国家技术发明一等奖（排名第二）；2015年获国家自然科学基金委杰出青年基金资助；2020年获教育部长江学者特聘教授；2015年至今担任科技部十三五“战略先进电子材料”重点专项专家。

张东东博士，清华大学化学系助理研究员。2011年本科毕业于吉林大学，2016年获得清华大学理学博士学位，2017年9月-2018年9月于日本京都大学做博士后研究。长期从事有机光电材料与器件相关研究，在Sci. Adv.；Nat. Commun.；Adv. Mater.；Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文60余篇，引用5000余次；获授权国际国内发明专利30余件，2022年获国家优秀青年基金资助。

邀稿

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