实验室苏仕健教授团队：一锅法合成扭曲螺旋构型和准平面构型的硼氮多环芳烃窄带电致发光材料

多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料因窄谱带发射特性，有望满足BT.2020标准。然而，在保持窄谱带发射的同时抑制固态光谱展宽、提升效率仍是挑战。传统平面型MR分子易因π-π堆积导致发射展宽和红移，而引入大体积位阻基团可能破坏分子刚性。因此，开发兼具刚性骨架与三维扭曲拓扑结构的新型MR分子成为重要思路。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的苏仕健教授课题组利用一锅法，同时获得了两种具有显著差异拓扑结构的杂原子掺杂MR-TADF材料，有望拓展有机发光二极管领域的应用。

通过一锅法同时构建C−B和C−C键合成硼氮掺杂多环芳烃（B,N‑PAHs）的新策略，成功同时获得了扭曲螺旋构型的四硼化合物4BN和准平面构型的三硼化合物3BN，并揭示了分子拓扑结构对窄带发射的决定性作用。研究的核心难点在于：多硼掺杂的PAHs合成极具挑战，硼原子空p轨道易受亲核进攻，在高温反应中易氧化水解导致产率极低，且扭曲螺旋骨架进一步加剧空间位阻，使硼化试剂难以接近目标位点；同时，如何在保持极窄半峰宽（FWHM）的前提下实现高PLQY与EQE，也是该领域的长期瓶颈。本工作首次实现一锅法同时获得两种产物，大幅简化了合成步骤。4BN在甲苯溶液中FWHM仅13 nm，在溶液加工电致发光器件中达14 nm，TADF敏化器件中为15 nm，创下基于MR-TADF材料的OLED最窄FWHM纪录。通过对比4BN与3BN，阐明刚性扭曲骨架结合四硼掺杂诱导的非键合轨道特性，能有效抑制结构弛豫和高频振动耦合，从而获得超窄带发射。B、N交替掺杂形成MR效应，使前线分子轨道呈交替分布，激发态具有非键特征，大幅削弱电子‑振动耦合。4BN的“X”形扭曲拓扑从根本上阻止分子间紧密π‑π堆积，在固态下仍保持窄带。理论计算进一步证实4BN的高频振动模式更少、重组能更小，而3BN中五元环引入增强了共轭与振动耦合，导致光谱展宽。此外，引入TADF敏化剂3SFAc‑TRZ加速三线态激子利用，使4BN的器件最大外量子效率提升至18.9%，并缓解了效率滚降。该工作为满足BT.2020广色域标准的高色纯度发光材料提供了全新的分子设计思路。

相关研究成果以“One-Pot Synthesis of Twisted Helical andQuasi-Planar Boron-Nitrogen Doped Polycyclic Aromatic Hydrocarbons forNarrowband Electroluminescence”为题发表在Angewandte ChemieInternational Edition上，其中通讯作者为苏仕健教授，第一作者为成祥毅硕士生。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金会等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.1773289