▲第一作者：Guijie Li
通讯作者：Guijie Li
通讯单位：浙江工业大学
论文doi：10.1038/s41566-025-01706-0
背景介绍
有机发光二极管（OLED）作为革命性显示技术已在全彩显示领域实现商业化，但其发展长期受限于蓝光器件的低效率问题。商业化的蓝光荧光OLED因无法利用电生成的三线态激子，效率普遍较低。尽管过去三十年研究者开发了磷光材料、热激活延迟荧光材料等以提升激子利用率，深蓝光OLED仍需同时满足高效、高色纯度（CIE*y*<0.15）、高亮度及长寿命的严苛要求。铂(II)配合物因重原子效应具备强自旋轨道耦合，可高效利用单/三线态激子，但传统平面结构易引发分子间堆叠，导致光谱展宽、效率滚降及材料降解。如何通过分子设计抑制堆叠、调控激发态特性，成为突破深蓝光OLED瓶颈的关键。
本文亮点
1.首创窄谱深蓝光发射：设计三维刚性铂(II)配合物 PtQS1，实现室温下17.1 nm的半峰宽（FWHM），为迄今报道最窄的铂基蓝光发射光谱。
2.高效率与高稳定性并存：底发射器件在1000 cd m⁻²亮度下外量子效率（EQE）达30.8%，顶发射器件蓝光指数（BI）高达468 cd A⁻¹ CIE*y*⁻¹，且初始亮度1000 cd m⁻²下半衰寿命达670小时。
3.分子工程突破：通过调控局域激发态（³LE）主导的激发态特性，同步实现窄谱发射与高效激子利用，解决了色纯度与效率的矛盾。
图文解析
图1. 分子设计与理论计算
要点：
图1揭示了传统铂(II)配合物与新型PtQS1的结构差异及激发态调控机制。传统平面铂配合物（图1a）因dsp²杂化形成二维方平面构型，易发生Pt–Pt或π–π堆叠，导致光谱红移展宽。PtQS1（图1b）引入超大体积的五叔丁基三联苯（PTBTP）基团与苯并呋喃[3,2-c]咔唑（BFCz）扩展π共轭，形成三维刚性结构，有效抑制分子间作用。图1c通过势能曲线阐明激发态调控策略：将金属-配体电荷转移（MLCT）态能量略高于局域激发（LE）态，形成LE主导的混合激发态，既减少激发态几何变形（窄谱），又维持高效系间窜越（高量子效率）。图1e-f的轨道分析证实PtQS1的T₁态中³LE贡献达42.4%，远高于对照材料PtON-TBBI（19.8%），且分子内电荷转移（³ILCT）比例显著降低，从根源上抑制光谱展宽。
图2. PtQS1的晶体结构表征
要点：
单晶X射线衍射（图2）直接验证了PtQS1的三维空间构型。4-叔丁基苯基平面与N-杂环卡宾（NHC）平面近乎垂直（夹角≈90°），且3,5-二叔丁基苯基基团迫使分子呈现非平面构型。晶体堆积结构显示无π-π堆叠现象，与传统铂配合物普遍存在的分子间作用形成鲜明对比。这种刚性构象不仅提升热稳定性（热失重5%温度达473°C），更从根本上避免了因堆叠引起的光谱红移与效率损失，为器件的高色纯度与稳定性奠定结构基础。
图3. 光物理性质对比
要点：
图3a-c对比了PtQS1与参照物PtON-TBBI的光学特性：PtQS1在室温二氯甲烷中发射峰460.4 nm，FWHM仅17.1 nm（图3c），显著低于PtON-TBBI的25.1 nm（图3b），且黄-里斯因子（Sₘ=0.295）更低，表明振动耦合减弱。图3d-f中简化结构分子PtR1/PtR2的FWHM（>17.5 nm）与Sₘ（>0.317）均劣于PtQS1，证明PTBTP位阻基团与BFCz共轭扩展的协同作用是窄谱关键。图3g显示PtQS1在不同溶剂中FWHM与Sₘ呈线性相关，证实其光谱稳定性。图3h中PtQS1掺杂薄膜的光致发光量子效率（PLQY）高达99%，且激发态寿命（2.96 μs）长于器件内实测值（2.43 μs），表明非辐射衰减被有效抑制。
图4. 底发射OLED器件性能
要点：
图4a的器件结构显示PtQS1发光层能级（2.72 eV）低于主体材料激基复合物（2.84 eV），确保高效能量转移。图4b中PtQS1器件电致发光（EL）光谱峰值464 nm，FWHM保持17.1 nm，CIE*y*=0.114，且无激基复合物发射，证明三维结构成功抑制分子相互作用。图4d-e显示其EQE在1000 cd m⁻²下达30.8%，远超参照组（PtON-TBBI仅23.9%），且在10000 cd m⁻²高亮度下仍维持23.2%。图4f-g的散点图表明，PtQS1在CIE*y*<0.15的深蓝光OLED中兼具最高效率（EQE）与最大亮度（48,519 cd m⁻²），综合性能领先于铱(III)配合物及多共振热激活延迟荧光材料。
图5. 顶发射器件与稳定性
要点：
顶发射器件（图5）实现进一步优化的色纯度：PtQS1的EL光谱FWHM压缩至13.1 nm，CIE*y*=0.062（图5b），接近超高清显示标准BT.2020（0.046）。其运行电压低至3.9 V@1000 cd m⁻²（图5c），蓝光指数（BI）峰值达468 cd A⁻¹ CIE*y*⁻¹，为商用荧光器件的两倍。图5f的寿命测试显示，PtQS1在初始亮度1000 cd m⁻²下半衰寿命（LT₅₀）长达670小时，刷新深蓝光OLED纪录。该稳定性归因于三维结构抑制分子降解、高激子利用率降低电流密度，以及水平偶极子取向提升光子提取效率。
图6. 叠层顶发射OLED性能突破
要点：
图6展示了基于PtQS1发光体的双单元叠层顶发射OLED（结构T2）的性能突破。该器件在1,500 cd m⁻²亮度下发射波长为464 nm，半高宽（FWHM）窄至13.0 nm，CIE色坐标达(0.132, 0.063)，接近BT.2020蓝光标准。其核心优势体现在蓝光指数（BI，电流效率与CIE_y的比值）的显著提升：最大BI高达630 cd A⁻¹ CIE_y⁻¹（@400 cd m⁻²），并在1,000 cd m⁻²、5,000 cd m⁻²和10,000 cd m⁻²亮度下分别保持620、565和520 cd A⁻¹ CIE_y⁻¹。同时，器件兼具低运行电压（7.0 V @1,000 cd m⁻²）和长寿命（初始亮度1,920 cd m⁻²下LT₅₀约80小时）。叠层结构通过光学耦合效应大幅优化了光输出效率，使BI值较单层顶发射器件（图5，BI=468）提升34.6%，是目前CIE_y<0.10深蓝光OLED中综合性能最优的报道。
总结与展望
本研究通过分子构型与激发态特性的协同调控，设计出具有三维刚性结构的铂(II)配合物PtQS1，成功解决了深蓝光OLED中效率、色纯度与稳定性的长期矛盾。其局域激发态主导的窄谱发射（FWHM<20 nm）突破了铂基配合物的光谱极限，而30.8%的EQE（1000 cd m⁻²）与670小时的工作寿命标志着器件综合性能的显著提升。顶发射器件中468 cd A⁻¹ CIE*y*⁻¹的蓝光指数更接近产业化需求，为下一代高清显示提供了关键技术支撑。
展望未来，该分子设计策略可拓展至其他金属配合物体系，如开发高效绿光/红光窄谱发射体，助力全彩OLED色域扩展。进一步优化主体材料与器件结构（如叠层设计），有望在万尼特亮度下维持>30%的EQE并延长寿命至数千小时。此外，探索低成本合成路径与溶液加工工艺，将推动此类高性能深蓝光材料在大尺寸柔性显示与固态照明中的规模化应用。
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理，所有来稿文责自负，两江仅作分享平台。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。
