【材料】深圳大学杨楚罗/黄忠衍团队AM：氘代高性能窄光谱纯绿光OLEDs- 大数跨境

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2024-12-05

导读：深圳大学杨楚罗教授、黄忠衍助理教授报道了一种基于多重共振骨架与氘代策略相结合构建高性能窄光谱纯绿光OLEDs发光材料的方法。

随着科技的快速发展，超高清显示技术对发光材料提出了更高的要求。对于OLEDs显示而言，需要开发具有窄光谱发射特征的全光色发光材料。考虑到三原色中绿光色度的改善对于提升整个显示的色域最为显著，因此，高色纯度绿光材料的开发一直是研究的热点。多重共振热活化延迟荧光 (MR-TADF) 材料具有窄光谱发射和高器件效率，但器件效率滚降和稳定性的重要问题仍有待解决。

针对以上难题，近日，深圳大学杨楚罗教授、黄忠衍助理教授报道了一种基于多重共振骨架与氘代策略相结合构建高性能窄光谱纯绿光OLEDs发光材料的方法。基于该策略设计的MR荧光材料DBN-NaPh-d在甲苯溶液中表现出表现出极窄的发射半峰宽 (FWHM为16 nm），CIEy达到0.77。相应的电致发光器件实现了高达35.2%的外量子效率 (EQE) 和187.0 lm/W的极高功率效率 (PE)，且CIEy达到0.74，非常接近BT.2020的要求。此外，该器件在初始亮度为1000 cd/m²时显示出超过3000小时的长器件寿命 (LT₅₀)，是目前基于荧光材料的OLED中最佳的器件稳定性。

图1. 分子结构与设计策略。

为了深入理解目标分子DBN-NaMe、DBN-NaPh和DBN-NaPh-d的电子构型，作者进行了基于密度泛函理论 (DFT) 计算模拟。目标化合物均具有较高的振子强度 (f)，表明它们有效的S₀至S₁的跃迁过程，预示着高的发光量子产率 (Φ_PL)。值得注意的是，得益于刚性的π共轭骨架，目标材料的S₀和S₁构型显示出非常小的均方根差异 (RMSD) 和重组能 (λ)，量化了激发过程中分子的微小形变，从而可能产生窄光谱发射。

图2. (a) DBN-NaMe、(b) DBN-NaPh、(c) DBN-NaPh-d的HOMO-LUMO分布、能隙和振子强度，优化后的S₀和S₁几何结构重叠图以及重组能 (λ)。

光物理测试表明，三个化合物均展现出窄光谱绿光发射，在甲苯稀溶液中，DBN-NaMe、DBN-NaPh和DBN-NaPh-d的发射峰值/半峰宽分别为512 nm/16 nm、520 nm/17 nm和521 nm/17 nm，CIEy值分别为0.73、0.76和0.77，且均表现出超过90%的Φ_PL。瞬态荧光光谱图表现为单指数衰减的特征，排除了利用三线态激子的可能性；较短的荧光寿命（τ_F）表明了超过10⁸ s^-1的快速辐射跃迁过程。

图3. DBN-NaMe、DBN-NaPh和DBN-NaPh-d的在甲苯溶液 (10^-5 M) 中光物理性质。(a) 吸收光谱和稳态荧光 (298 K) 光谱。(b) N₂条件下的瞬态荧光光谱。

为了评估材料的电致发光性能，作者选用TADF材料DMIC-TRZ为主体，磷光材料Ir(ppy)₃为敏化剂，以DBN-NaMe、DBN-NaPh和DBN-NaPh-d为发光客体，成功构筑了兼具窄光谱发射、高外量子效率和低效率滚降的纯绿光OLEDs。特别是氘代材料DBN-NaPh-d展现出了非常优异的器件性能，其电致发光波长/半峰宽以及色坐标分别为526 nm/19 nm，[0.21, 0.74]，接近BT.2020纯绿光[0.17, 0.79]的色度标准。该器件具有35.2%的最大外量子效率以及较小的效率滚降 (EQE₁₀₀₀₀ = 21.4%)，同时其最大功率效率高达187 lm/W，实现了目前纯绿光OLEDs的最高功率效率。更重要的是，该器件在1000 cd/m²的初始亮度下显示出超过3000小时的长器件寿命（LT₅₀ = 3020 h），代表了基于荧光发光材料的OLEDs中最佳的器件稳定性。

图4. DBN-NaMe、DBN-NaPh和DBN-NaPh-d的器件性能。(a) 器件结构和能级图。(b) 1000 cd/m²时的电致发光光谱。(c) CE-亮度曲线、PE-亮度曲线和EQE-亮度曲线；(d) OLED的亮度-电压-电流密度曲线。(e) OLED的色坐标。(f) 基于TADF (圆形)、磷光 (方形) 和荧光 (三角形) 发光材料的窄光谱绿光OLEDs的EQE_max与FWHM和PE_max与CIEy结果的比较。

综上所述，该工作介绍了一种基于多重共振骨架与氘代策略相结合构建高性能窄光谱纯绿光OLED发光材料的方法，揭示了氘代策略在提高器件效率和延长器件寿命方面的多功能性。上述研究成果在Advanced Materials 上发表。深圳大学材料学院博士研究生刘佳慧为论文第一作者，深圳大学杨楚罗教授、黄忠衍助理教授为论文的共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技创新研究基金和深圳大学科研启动基金的大力支持（杨楚罗教授课题组长年招聘有机光电功能材料和器件的博士后和研究人员，提供国际一流的OLED研究平台，课题组网页：http://www.szuyclgroup.cn/）。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

High-Performance Narrowband Pure-Green OLEDs with Gamut Approaching BT.2020 Standard: Deuteration Promotes Device Efficiency and Lifetime Simultaneously

Jiahui Liu, Xiaojun Yin, Manli Huang, Jingsheng Miao, Nengquan Li, Zhongyan Huang*, and Chuluo Yang*

Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202411610

作者简介

黄忠衍，深圳大学助理教授，硕士生导师，深圳市高层次人才。2017年博士毕业于日本名古屋工业大学。2018年加入深圳大学材料学院杨楚罗特聘教授团队任专职副研究员，2022年9月起任深圳大学材料学院助理教授/特聘副研究员，主要从事有机发光二极管（OLED）功能材料的设计合成及性能研究。近年来主持国家青年基金、广东省自然科学基金-青年提升项目、深圳市基础研究面上项目，以第一/通讯（含共同）作者身份先后在J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Chem. Sci., Chem. Eng. J., Adv. Opt. Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces, Aggregate等期刊上发表论文19篇，其中3篇入选ESI高被引论文，1篇被评为热点文论，申请中国发明专利9项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/382017

杨楚罗，深圳大学讲席教授，国家高层次人才基金获得者，全国百篇优秀博士论文指导教师。1997年在武汉大学化学系有机化学专业获理学博士学位。1999年至2002年期间在香港科技大学化学系、美国新奥尔良大学化学系、美国罗切斯特大学化学系进行博士后研究。2010年在英国剑桥大学化学系、2014年在加拿大多伦多大学任访问教授。2003-2017年任武汉大学教授，博士生导师，湖北省有机高分子光电功能材料重点实验室主任。2017年至今任深圳大学特聘教授，深圳市新型信息显示与存储材料重点实验室主任。近年来在Nat. Photon., Nat. Commun., Sci. Adv., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem., Energy. Environ. Sci.等国际高水平期刊发表SCI学术论文580余篇，论文他引28000余次，多次入选Clarivate和Elsevier全球高被引学者名单。获授权中国发明专利近40项。曾二次获湖北省自然科学奖一等奖。

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