【材料】Angew背靠背！清华大学段炼/张东东团队BN类多重共振窄光谱染料设计新策略

有机电致发光（OLED）作为新一代显示技术，目前在手机、电视及柔性显示等领域已经得到了实际的应用。近年来，面向超高清显示技术的需求成为OLED领域的研究热点，为了使OLED显示达到超高清显示的要求，有机发光染料必须具有较窄的光谱半峰宽（FWHM）来满足极高的色纯度。

近年来，基于硼氮掺杂的多环芳烃（B,N-PAHs）因其独特的窄光谱特性在OLED领域里备受关注。其中利用B和N原子相反的共振效应构筑的多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料引起了研究者的广泛关注。通过MR效应诱导最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）定位在不同原子上，使原子之间的成键/反键特性减弱。大大减小了最低激发态至基态辐射跃迁产生的原子之间的电子密度的变化，从而减小了伸缩震动，有效地实现了从深蓝光到近红外光的窄光谱发射（FWHM ＜30 nm）范围。然而，尽管目前B,N-MR染料在效率、光色、半峰宽以及器件寿命上均有着快速的发展，其分子骨架几乎都依赖于 N-B-N的三角烯结构 ，这极大的限制了BN类MR分子的多样性以及对其构效关系的全面认识。

1. 首个含硼-氮极性键的新型多重共振OLED染料

图1. B-N极性键掺杂的多重共振窄光谱染料的设计策略及甲苯溶液中的光物理性质。

作者设计合成的化合物 m[B-N]N1 和 m[B-N]N2 在甲苯溶液中的发光波长分别为481/491 nm，同时具有29/34 nm的光谱半峰宽，超过90%的光致发光效率，并表现出显著的TADF特征。

图2. 基于硼氮极性键掺杂的多重共振材料的电致发光效率。

2. 米基（Mesityl）修饰的新型含硼多重共振OLED染料

图3. 米基修饰的多重共振窄光谱染料的设计策略及甲苯溶液中的发射波长与半峰宽。

研究人员以米基修饰的1,4-硼氮芳烃 BIC 为骨架，通过外围基团修饰与骨架融合设计合成了一系列从深蓝光到绿光发射的MR染料分子。这些分子均以“一锅法合成”并且新的合成路线对底物的要求更低且不需要过渡金属催化剂的参与。

图4. 基于米基硼结构的多重共振材料的电致发光性能。

基于米基硼结构的MR分子制备的TADF敏化OLED器件表现出了优异的电致发光性能。基于 BIC-mCz 与 mDBIC 的器件电致发光的CIE色坐标为（0.16, 0.05），几乎达到了新一代超高清视频标准BT.2020对蓝光色坐标的规定（0.131, 0.046）。基于 BIC-pCz 的器件最大外量子效率高达39.8%，CIE色坐标为（0.14， 0.16），为目前所报道的该波段处蓝光OLED器件的最高效率。 此工作首次实现了基于米基硼材料的高性能OLED器件，证明了这类米基硼结构的MR分子在OLED领域有着极大的应用潜力。 文章的第一作者是清华大学博士后 王翔 ，通讯作者为 段炼 教授和 张东东 助理研究员。

参考文献：

1. Amine-directed Formation of B–N Bonds for BN-fused Polycyclic Aromatic Multiple Resonance Emitters with Narrowband Emission. Angew. Chem. Int. Ed. , 2022 , 61 , e202207293, DOI: 10.1002/anie.202207293

2. Mesityl-Functionalized Multi-Resonance Organoboron Delayed Fluorescent frameworks with Wide-range Color Tunability for Narrowband OLEDs. Angew. Chem. Int. Ed ., 2022 , 61 , e202206916, DOI: 10.1002/anie.202206916

段炼教授简介

段炼博士 ，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，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，为高效稳定的OLED技术奠定了基础。在 Chem.; Nat. Commun.; Adv. Mater.; Angew. Chem. Int. Ed.; 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90余项，在SID、FPD China等国际国内学术会议上作大会报告和邀请报告50余次。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。