实验室王志明研究员团队：基于负曲率的氮杂八元杂环稠合多环芳烃实现窄谱带深蓝光发射

高色纯度发光材料对于超高清显示与广色域光电应用至关重要。OLEDs作为极具发展前景的显示技术，其器件色纯度可通过引入窄带发射材料显著提升。然而，有机分子中固有的电子-振动耦合效应易导致发射光谱展宽，成为制约色纯度提升的重要因素。为克服这一问题，当前研究主要通过调控分子的电子结构与几何构型来实现发射谱带的有效窄化，并相继开发了一系列窄带发射骨架，包括硼/杂原子体系、羰基/氮、膦氧/氮及吲哚并咔唑等。尽管该领域已取得显著进展，但在电子限域与分子刚性协同构筑方面仍存在进一步提升空间，亟需探索并构建新型窄带发射骨架，以实现光谱调控性能的新突破。

本文的研究亮点：

　　1．从调控“几何构型”与“电子结构”角度出发，开发一种新型的氮杂八元杂环稠合多环芳烃骨架，实现了超窄带深蓝光发射。

　　2．结合晶体结构数据与理论计算分析，深入揭示了该新型骨架中氮原子的精准嵌入和弯曲成键显著增强了MR效应，实现了电子限域，同时，刚性发光平面抑制了高频振动引起的核坐标位移，柔性反转促进高频能量耗散，从而协同促进了优异的深蓝光窄谱带发射。

　　3．该新型骨架的苯基取代衍生物8NNP与米基硼取代衍生物8NNB在甲苯溶液中分别实现了411 nm和461 nm的超纯深蓝光发射，FWHM仅为17 nm和31 nm。基于衍生物8NNP和8NNB器件的最大外量子效率分别为3.47%和24.24%，CIE坐标为（0.172, 0.043）和（0.132, 0.256）。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的王志明研究员课题组研究并设计了一种新型的氮杂八元杂环稠合多环芳烃骨架，命名为8NN（图1）。该骨架通过在多环芳烃体系中引入氮杂八元环，构建出具有负曲率的鞍形结构，并实现了电子结构与几何构型的协同精准调控。

图1. a) 已报道的八元环稠合PAHs结构；b) 分子设计理念；c) 目标分子的化学结构

在电子结构层面，得益于氮原子的合理性嵌入和其独特的“弯曲”成键形式（图3），显著增强了多重共振型的电子结构特征，减少了价键上电子的分布，有效抑制了电子-振动耦合所导致的谱带展宽。而在几何构型调控层面，该骨架结构实现了“刚柔结合”的构筑策略：外围刚性的发光基元有效限制了跃迁前后的核位移变化，内部柔性的八元杂环则有助于耗散高频振动能量，协同促进了发射光谱的窄化。最终，该骨架成功地实现了优异的深蓝光窄谱带发射特性，其在甲苯溶液中主发射为408 nm，半峰宽仅为19 nm。同时，基于该骨架，课题组进一步设计并合成了苯基取代衍生物8NNP和硼基取代衍生物8NNB，系统验证了其光谱调控能力及在高性能OLED应用中的潜力。

图2. a) 化合物8NN的单晶结构分析: a) 晶体结构；b) 高斯曲率；c) 堆积方式；d) 构象转换的理论模拟

图3. a) 负曲率八元杂环的解构分析；b) 解构前后的前线分子轨道分布模拟

此外，该骨架独特的空间构型赋予其一定的聚集增强发光特性，并展现出构建手性发光材料的潜力。基于这些特性，该骨架不仅适用于开发高色纯度发射材料，还可用于圆偏振光发射材料及聚集态发光材料的应用，为高性能光电材料的发展提供了新的设计理念与结构基础。

相关研究成果以“NegativelyCurved Diaza-Octagon Heterocycle Fused with Polycyclic Aromatic Hydrocarbonsfor Ultra-Narrowband Deep-Blue Emission”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，其中，香港科技大学张翰博士和香港中文大学（深圳）唐本忠院士与华南理工大学王志明研究员为论文的共同通讯作者。华南理工大学博士生李保玺、娄敬丽和曲亚东为该论文的共同第一作者，该研究工作得到了国家自然科学基金、发光材料与器件全国重点实验室自主研究项目等科研项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202506504