有机发光二极管(OLED)具有亮度高、能耗低、响应快、可柔性化等诸多优异的性质，已逐渐替代液晶显示(LCD)，成为下一代的主流平板显示技术。作为第三代OLED显示技术的热活化延迟荧光(TADF)材料，因其100%的激子利用率，且不含贵金属，在OLED中具有非常广阔的应用前景。迄今为止，基于TADF发光材料的掺杂OLED器件，其外量子效率已经可以和磷光OLED相媲美，但是由于严重的聚集淬灭效应(ACQ)，高性能的非掺杂OLED器件十分难以实现。近期，四川大学游劲松团队在非掺杂OLED器件中取得了突破性进展，发展了一种基于扭曲七元环二酰亚胺受体的聚集诱导延迟荧光材料(AIDF)，实现了最优性能的非掺杂OLED器件。
游劲松教授团队一直致力于碳氢键活化领域的研究，发展了“电子差异原则”和“螯合导向作用构筑稠杂环策略”，该策略为构筑联杂芳基骨架以及稠杂环提供了高效高选择性的合成方法，为有机功能材料分子的高效合成提供了重要途径。在该项研究中，作者通过钌催化的4-溴苯甲酸氧化自偶联反应，构筑了一种新型七元环二酰亚胺(BPI)受体，其不仅可以保持非环结构的柔性，抑制分子间紧密堆积，减弱ACQ效应；又可以维持环状结构的刚性，限制分子的过度旋转，减小非辐射跃迁。作者以BPI为受体，以9,10-二氢-9,9-二甲基吖啶(DMAC)作为给体，设计合成了一种新型AIDF材料，DMAC-BPI，其具有极小的∆EST (0.02 eV)和极高的量子产率(95.8%)。
将DMAC-BPI用作发光层，制备得到高性能绿光非掺杂OLED器件，器件结构为ITO/TAPC (25 nm)/DMAC-BPI (35 nm)/TmPyPb (55 nm)/LiF/Al，其最大外量子效率为19.4%；进一步利用TCTA作激子阻挡层，效率提高至24.7%，即使在1000 cd/m2的亮度下，效率可以维持21.7%，展现出小的效率滚降。因此，环状结构的刚性和七元环结构的可旋转性之间的微妙平衡使DMAC-BPI成为一类出色的AIDF发光材料，从而实现了目前非掺杂OLED的最优性能。
图2. DMAC-BPI的非掺杂OLED器件结构及效率随亮度变化曲线
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是硕士研究生黄珍梅，通讯作者宾正杨副研究员，共同通讯作者游劲松教授。
Molecular Design of Non-doped OLEDs Based on a Twisted Heptagonal Acceptor: A Delicate Balance between Rigidity and Rotatability
Zhenmei Huang, Zhengyang Bin*, Rongchuan Su, Feng Yang, Jingbo Lan, Jingsong You*
Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915397
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