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    郑佑轩团队:高色纯度磷光铱配合物

    发布时间:2024-03-20 点击次数: 作者:化学化工学院 来源:科学技术处

    有机发光二极管(OLED)作为一种主流的平面显示技术,受到了企业界和学术界的广泛关注。铱配合物由于其较短的磷光寿命、较高的量子产率以及易调节的发光颜色,已经在商用的绿光和红光OLED材料方面取得了巨大的成功。然而,铱配合物普遍存在的发光谱较宽、色纯度较差的问题,严重制约其在高清、高色域显示面板中的应用。虽然当前热门的多重共振热活化延迟荧光(MR-TADF)材料可以显示窄谱带发射和高发光效率,但是其较长的三线态寿命会导致相应的OLED器件效率滚降非常的严重。目前针对铱配合物光谱窄化及其内在原理的深入探究相对匮乏,阻碍了磷光铱配合物的应用升级。

    最近,南京大学郑佑轩团队针对红光铱配合物光谱窄化的科学问题,提出一种两步刚性修饰的策略,不仅合成了窄谱带发射的红光铱配合物,而且对发射光谱的形状进行了精细调节,基本消除了铱配合物普遍存在的振动肩峰。通过对比实验结果和理论模拟结果,深入分析了内在的窄化原理:第一步,通过引入并吲哚[3,2,1-jk]咔唑结构,提升铱配合物以配体为中心的电荷转移态(LC)占比和结构整体的刚性,抑制金属到配体电荷转移态(MLCT)导致的大量低频振动,从而窄化0-0发射峰和降低0-1发射峰强度;第二步,通过在特定的位置引入N原子,提升结构局部刚性,抑制相关位点导致的大量高频振动,从而进一步降低0-1发射峰,实现接近于高斯分布的红光发射。

    从实验结果中可以看出,对于经典的母核结构,参比配合物piq-Ir在甲苯溶液中最大发射峰为631 nm,半峰宽(FWHM)为56 nm。通过一步和两步刚性修饰之后,成功实现了铱配合物的光谱窄化,ICziq-Ir和ICzqz-Ir在甲苯溶液中最大发射峰保持在608和613 nm,FWHM为37和38 nm。其中,ICzqz-Ir由于整体和局部的刚性修饰,0-1发射峰基本被消除,表现出十分优越的色纯度,优于大多数已报道的红光MR-TADF材料,这在磷光铱配合物中十分稀有。

    从理论计算模拟中可以看出,MLCT能级过多的参与,激活了参比配合物piq-Ir的低频振动,使得大量的低频振动参与到发射过程中,进而导致较宽的发射光谱。而刚性修饰后的ICziq-Ir和ICzqz-Ir中更多LC能级参与抑制了低频振动耦合到磷光发射过程,使得0-0发射峰明显窄化。其中,ICzqz-Ir对于高频振动的进一步抑制,降低了电子跃迁过程中的高频振动耦合,从而基本消除0-1发射峰。理论计算结果成功解释了铱配合物光谱窄化的内在原理,为设计高色纯度磷光铱配合物提供了理论基础。

    以ICziq-Ir和ICzqz-Ir为发光中心制备的OLED器件保持了溶液中的光谱特点,最大发射峰分别为607和618 nm,FWHM为37和43 nm,CIE坐标为(0.65,0.35)和(0.66,0.34),接近NTSC标准下的红光色坐标(0.67,0.33)。除此之外,相应的OLED器件最大外量子效率分别可达21.4%和17.8%,并且在高亮度下也能保持缓慢的效率滚降。得益于器件的窄谱带发射特点,器件的电流效率有明显提升,分别为35.2和28.8 cd A-1,这对于提升显示和照明面板的亮度有十分重要的意义。

    该工作以“Rigidity-Enhanced Narrowband Iridium(III) Complexes with Finely-Optimized Emission Spectra for Efficient Pure-Red Electroluminescence”为题发表在Adv. Funct. Mater. (DOI: 10.1002/adfm.202402906)上,晏志平博士和毛梦茜硕士为论文共同第一作者,郑佑轩教授为论文通讯作者。