宁波材料所在有机螺环基团OLED材料与器件研究中取得突破
面向超高清显示的红、绿、蓝窄半峰全宽（FWHM < 40 nm）发光材料的研发已成为宽色域显示技术的核心需求。传统荧光材料由于局部激发态的多重振动展宽效应，其FWHM通常大于40 nm；而磷光材料则因3LLCT/3MLCT电荷转移机制导致光谱宽化，两者均难以满足UHD显示对高色纯度的要求。基于硼/氮掺杂多环芳烃（B/N-PAHs）的多重共振热活化延迟荧光材料（MR-TADF）通过HOMO-LUMO交替分布有效抑制了振动弛豫，从而实现了极窄带发射（如ν-DABNA在468 nm波长下的FWHM仅为18 nm）。然而，其刚性平面结构显著提高了单重态-三重态能隙（ΔEST），进而导致反向系间窜越（RISC）速率大幅衰减，限制了器件效率的进一步提升。
近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机光电材料与器件团队的葛子义研究员、李伟副研究员，联合华南理工大学苏仕健教授提出一种分子设计策略，将刚性 9,9'-螺双[芴]（SF）单元全部或部分整合到B/N-分子内电荷转移（MR）发光核心中。成功开发了含螺芴的MR-TADF材料体系：SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4，它们具有高色纯度和高效率的特性。对于完全嵌入 B/N-MR 核心的发光体 SF-BN1 和 SF-BN2，SF中的sp3杂化碳原子将每个分子分成对称的部分，形成两个独立且刚性的 B/N-MR 发光中心。这阻碍了共轭结构，导致深蓝色发光波长，并通过多通道辐射衰减过程和能量转移机制显著提高了材料的效率。对于部分嵌入 B/N-MR 核心的发光体SF-BN3 和 SF-BN4，芴嵌入的 B/N-MR 核心可以连接 B/N2 [4]螺旋烯亚单元，形成刚性分子框架。值得注意的是，SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4 在稀释的甲苯溶液中实现了最小的半峰全宽（FWHM）值分别为 17、21、17 和 15 纳米，并且在掺杂薄膜中表现出高达 90% 的高光致发光量子产率（PLQY），这表明它们具有出色的电致发光（EL）潜力。基于 SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4 的相应超荧光有机发光二极管（HF-OLED）分别实现了 29.0%、22.2%、35.5% 和 33.6% 的峰值外量子效率（EQE），对应的 CIE 坐标分别为（0.13，0.08）、（0.11，0.15）、（0.13，0.23）和（0.12，0.35），FWHM 值分别为 23、32、26和 40 nm。
该工作以“Spiro Units Embedded in the B/N Center for Constructing Highly Efficient Multiple Resonance TADF Emitter”为题发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上，材料所吴林博士、大连理工大学课题生刘春雨、华南理工大学刘邓辉博士以及济南大学的李德利老师为本文共同第一作者，宁波材料所李伟副研究员、葛子义研究员和华南理工大学苏仕健教授为本文的通讯作者。
该研究得到了国家自然科学基金（22375212、U21A20331、51773212、81903743 和 52003088）、中国科学院百人计划（Y60707WR48）、浙江省“领雁”研发计划项目（2024C01261）以及宁波市重点科技项目（2022Z124、2022Z119、2022Z120）的支持。
链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202504723