手性發(fā)光材料能夠分別發(fā)出左、右手圓偏振光(CPL)，在圓偏振電致發(fā)光器件(CP-OLED)和3D顯示有潛在的應(yīng)用價(jià)值。非對(duì)稱g因子是衡量其非對(duì)稱發(fā)光能力的關(guān)鍵，而現(xiàn)有的CPL材料普遍g因子小，影響了其在3D顯示中的應(yīng)用。
我院鄭佑軒課題組在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了手性發(fā)光材料CP-OLED性能的研究，在手性銥配合物(Sci. Rep., 2015, 5, 14912；Adv. Optical Mater., 2016, 4, 1726; Chem. Commun., 2019, 55, 8215)、手性鉑配合物(Chem. Eur. J., 2019, 25, 5672)、手性熱延遲熒光材料(Adv. Mater., 2019, 31, 201900524; J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 7045)和手性長(zhǎng)余輝發(fā)光材料(Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 17220)、具有螺旋結(jié)構(gòu)的多肽化合物(J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 12697; Adv. Optical Mater., 2020, 1902122)、手性鈣鈦礦對(duì)映鐵電體(J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 4756)等方面取得了系列創(chuàng)新性成果。
最近，鄭佑軒課題組從手性環(huán)己二胺出發(fā)，通過(guò)簡(jiǎn)單的親和取代反應(yīng)得到了基于手性環(huán)己二胺的熒光材料，產(chǎn)率最高可達(dá)92%，ee >99%。并通過(guò)N-甲基、咔唑和二苯胺等給電子基團(tuán)的變化調(diào)控其發(fā)光，實(shí)現(xiàn)了從藍(lán)光(420 nm)到紅光(610 nm) 的圓偏振發(fā)射，在甲苯溶液中的g因子位于10-4-10-3范圍。以其為發(fā)光中心制備的CP-OLED器件中，外量子效率最高可達(dá)5.5%，并具有較小的效率滾降，器件的gEL因子也能達(dá)到-1.4×10−3/+1.3×10−3。該工作以“Multi-color Circularly Polarized Photoluminescence and Electroluminescence with 1,2-Diaminecyclohexane Enantiomers”為題發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces (2020, DOI: 10.1021/acsami.0c02400)上，研究結(jié)果為全色圓偏振發(fā)光材料和器件提供了借鑒。博士研究生羅旭峰和商丘師范學(xué)院的韓華博博士為論文共同第一作者。
基于碳手性的CPL材料由于其HOMO/LUMO電子云在手性部分的分布很少，材料和器件的g因子比較低。為了提高手性熱延遲熒光材料及其器件的g因子，鄭佑軒課題組又開(kāi)發(fā)了基于聯(lián)苯軸手性的雙核TADF材料(R/S)-BPPOACZ，以氰根為吸電子基團(tuán)、以吩噁嗪和咔唑?yàn)榻o電子基團(tuán)，其發(fā)光效率達(dá)到86%。從計(jì)算模擬可以看出，非對(duì)稱聯(lián)苯作為手性源直接參與了前線軌道的分布，可能誘導(dǎo)出強(qiáng)烈的CPL發(fā)光，具有較大的g因子(在甲苯溶液中為9.7´10-3，在摻雜薄膜中為1.8 × 10−2)，是手性有機(jī)小分子中最大的數(shù)據(jù)之一。以其為發(fā)光中心制備的CP-OLED器件亮度達(dá)到35711 cd m-2，EQEmax達(dá)到16.6%，效率滾降較小。并且器件表現(xiàn)出明顯的圓偏振電致發(fā)光信號(hào)，gEL達(dá)到+4.5 × 10-3和-2.8 × 10-3。該工作以“Axially chiral biphenyl compound-based thermally activated delayed fluorescent materials for high-performance circularly polarized organic light-emitting diodes”為題發(fā)表在Adv. Sci. (2020, 2000804)上，博士研究生涂貞龍為論文第一作者。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51773088，21975119)的資助，并得到了左景林教授、王毅副教授及潘毅教授的幫助。