实验室应磊研究员团队：破坏苯并咪唑共轭构筑高效深蓝非掺杂 OLED

OLED 在柔性电子与显示领域前景广阔，其中蓝光材料因能量最高而尤为关键。相比掺杂器件，非掺杂蓝光 OLED 结构更简单、制备更高效，但仍面临发光效率低、效率滚降明显和稳定性不足等问题。传统荧光材料难以有效利用三重态激子，而热激子策略可通过高位反系间窜越提升激子利用效率。因此，开发兼具高色纯、高效率和高三重态利用能力的非掺杂深蓝发光材料，成为该领域的重要研究方向。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室应磊研究员团队利用杂化局域激发与电荷转移态协同调控策略，设计并构筑了兼具高三重态利用效率与深蓝发射特性的非掺杂蓝光发光材料 PIMAnCz，实现了 13.19% 的器件外量子效率和 CIE_y 为0.09的深蓝发射，有望拓展高色纯、高效率 OLED 显示与照明领域的应用。

理论计算表明，破坏 PAC 中苯并咪唑受体片段的共轭后，PIMAnCz 的基态前线轨道分布变化不大，但其激发态性质发生了显著调控。NTO 分析显示，PIMAnCz 的 S₁ 态兼具局域激发与电荷转移特征，属于典型 HLCT 态，而 PAC的 S₁ 态则以 LE 为主。与 PAC 相比，PIMAnCz 具有更小的 S₁–T₂ 能级差和更强的 S₁–T_n 自旋轨道耦合，更有利于高位三重态向单重态的自旋翻转；同时，两者较大的 S₁–T₁ 能级差排除了传统 TADF 机制。

单晶结构分析进一步表明，PIMAnCz 中部分苯环与咪唑之间的扭转角减小，有利于电子云离域；其分子堆积中还存在更多 C–H···π 相互作用和氢键，可增强构象稳定性并降低非辐射损失。

光物理测试表明，PIMAnCz 与PAC 在稀溶液中均表现出蒽核 π–π* 跃迁吸收与蓝光发射，但 PIMAnCz 在不同极性溶剂中呈现更明显的 HLCT 特征。Lippert–Mataga 分析显示，PIMAnCz 在高极性环境下激发态偶极矩显著增大，说明其 CT 成分增强。77 K 光谱与瞬态荧光结果进一步证实其不属于 TADF 材料，但由于 HLCT 态的引入，PIMAnCz 薄膜的 PLQY 提升至 59%，高于 PAC的 48%，且非辐射衰减速率明显降低。PtOEP 敏化的纳秒瞬态吸收实验表明，PIMAnCz 的高位三重态参与激发态演化，并表现出更快的衰减行为，支持其更有效的高位三重态利用。

器件方面，采用 ITO/PEDOT:PSS/TCTA/发光层/TPBi/LiF/Al 结构构筑了非掺杂 OLED。PIMAnCz 器件实现了 444nm 蓝光发射，最大 EQE达 13.19%，CIE 坐标为（0.15，0.09），处于 CIEy < 0.10 非掺杂深蓝 OLED 的先进水平。其空穴与电子迁移率更为均衡，有利于电荷复合；水平偶极取向与薄膜形貌测试表明，器件性能提升并非主要源于出光或形貌差异。结合 MEL、TrEL 及激子利用效率分析可知，PIMAnCz 中三重态激子通过 hRISC与 TTA 协同参与发光，使其激子利用效率远超传统荧光材料的 25% 上限。

总体而言，该工作证明了通过调控受体片段共轭、构建 HLCT激发态，是实现高效率非掺杂深蓝 OLED 的有效分子设计策略。

相关研究成果以“Designing aDeep Blue Emitter by Disrupting Phenanthroimidazole Conjugation for Non-dopedOLEDs with an External Quantum Efficiency > 13%”为题发表在 Small上。华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室应磊研究员为论文通讯作者，李明珂博士生和黄宇硕士生为论文共同第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划（2024YFF1504700）等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202502777