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近年來，高性能紅綠藍三色有機發(fā)光二極管（OLED）技術迅速發(fā)展，并成功應用于超高清顯示領域。然而，紫外光（UV）OLED，尤其是發(fā)射波長低于400 nm的器件，其外量子效率（EQE）和色純度仍顯著落后于可見光OLED器件。UV OLED因其在激發(fā)光源、化學/生物傳感、滅菌及高密度信息存儲等領域的應用潛力備受關注。盡管已有研究取得一定進展，但目前色度y坐標小于0.05的UV OLED的外量子效率很少能超過15%，其核心瓶頸在于兼具高效激子利用、寬能帶隙、熱穩(wěn)定性及高色純度的紫外發(fā)光分子設計困難重重。

鑒于此，浙江工業(yè)大學化學工程學院佘遠斌教授團隊的李貴杰研究員小組提出一種基于雙硼-氧-氮多環(huán)芳烴的分子設計策略，成功合成紫外發(fā)光分子BO-N。通過在雙硼-氧多環(huán)芳烴中引入氮原子可獲得短程電荷轉移激發(fā)態(tài)，實現短程電荷轉移與局域激發(fā)態(tài)的雜化（HLCT）；同時構建剛性共軛骨架，抑制分子振動，實現窄帶紫外發(fā)射。

分子通過簡單的碳碳鍵、碳氮鍵偶聯以及硼化即可實現克級制備；分子熱穩(wěn)定性優(yōu)異，其5%質量損失溫度高達445 oC；且在空氣中穩(wěn)定高，>3年未見分解。DFT和TD-DFT計算顯示BO-N的激發(fā)態(tài)具有電荷轉移與局域激發(fā)態(tài)雜化（HLCT）特性，S₁和T₁之間的能隙較大，但高位的T₂–T₆態(tài)與S₁的能隙較小，自旋軌道耦合常數較大，有利于通過反系間竄越過程利用三重態(tài)激子。并且通過重組能和Huang-Rhys因子分析進一步解釋了窄帶發(fā)射的機制。

BO-N分子在甲苯溶液中展現出紫外發(fā)射，光致發(fā)光峰為391 nm，半峰寬為15 nm；在摻雜的薄膜中，發(fā)光峰為400 nm，半峰寬為34 nm。其高剛性分子骨架限制了激發(fā)態(tài)的結構弛豫，從而實現了窄帶發(fā)射。通過瞬態(tài)衰減光譜、溶劑化效應（Lippert-Mataga模型）以及瞬態(tài)吸收光譜證實了分子的HLCT特性。

實驗表明，基于BO-N的OLED器件發(fā)射峰值為399 nm，半峰寬為37 nm，色度坐標為（0.166, 0.030），外量子效率最大值達18.6%，顯著優(yōu)于現有色度坐標y <0.05的紫外OLED性能。該工作為高色純度、高效率紫外發(fā)光材料的設計提供了一種新策略。

論文信息

A High-Efficiency Ultraviolet Organic Light-Emitting Diode Employing a Double Boron–Oxygen–Nitrogen-Based Emitter

Feng Zhan, Kewei Xu, Taiju Tsuboi, Yuanbin She, Guijie Li

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505328

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