实验室王志明研究员团队：基于分子构象工程在中心8π-电子体系中实现半高峰宽仅为13 nm的聚集诱导超窄发射

随着超高清显示市场需求持续攀升，开发适配BT.2020色域标准的超窄发射有机发光二极管（OLED）材料已成为光电领域的研究前沿。当前主流的窄发射体系虽然在低浓度下（≤ 2 wt%）具备高色纯度，但是在聚集态下普遍存在严重的光谱展宽效应，显著制约了其应用范围。现有的抑制聚集策略仅能有限缓解该问题，但最优效果也仅能与低浓度下的FWHM持平。因此，也引发了一个根本性的思考：是否能够将抑制聚集转变为利用聚集，实现一种越聚集越窄的光物理现象，即聚集诱导超窄发射（AIUNE）。

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，发现了一种AIUNE的新光物理现象，并成功构筑均相聚集态超窄发射材料，其FWHM仅为13 nm（0.074 eV）。所制备的高掺杂OLED器件保留了AIUNE性质，高掺杂（>10 wt%）浓度器件的FWHM仍保持13 nm，显著优于已报道的同等掺杂浓度下的OLED器件。

根据Hückel规则和Baird规则，8π电子体系基态呈现反芳香性，而在激发态会发生芳香性翻转，进而表现出芳香性。通过引入氮原子的孤对电子，研究人员相继开发了多种8π电子衍生物，包括但不限于八元环π-扩展环辛四烯（COT），七元环二苯并氮杂卓和六元环氮取代吩嗪（DHPZ）。

图1 具有8π电子结构特征的分子设计策略，光物理调控机制和光物理现象

此研究以经典的具有8π电子中心的DHPZ衍生物PDBP-a,i （DPAC）的同分异构体为研究对象，通过逐级消除空间位阻，实现了宽发射到窄发射材料的定向构筑。其中，8π电子中心是光谱调控的核心单元，主要作用为调节发光骨架的芳香性和诱导特定分子堆积模式。在单分子层面，基于“基态应力释放诱导平面化”与“激发态芳香性翻转诱导平面化”的协同作用，有效地缩小了基态和激发态的结构差异，成功构建新型窄发射材料。在聚集体层面，分子采取“交叉偶极堆积模式”，在规避分子间的π-π相互作用的同时引入了大量的分子间氢键相互作用。这种堆积模式可有效地抑制高频振动和弱化激子-振动耦合，最终实现了AIUNE。通过对比分散态和聚集态下的Huang-Rys因子和重组能，将AIUNE现象的机理归属于聚集诱导高频振动受限。

最终，将目标分子PDBP-b,i应用于OLED器件中，其AIUNE性质得以保留。在10 wt%的高掺杂浓度条件下，器件的电致发光波长为432 nm，FWHM仅为13 nm，具有超窄深蓝光发射性质，相应的色坐标CIE = 0.156, 0.045，满足BT.2020色域标准。当掺杂浓度提升到20 wt%、30 wt%时，其FWHM仍稳定维持在13 nm。此研究不仅拓展了有机窄发射材料体系，也为设计兼具溶液态与聚集态窄发射特性的有机发光材料提供了全新策略。

相关研究成果以“Molecular conformation engineering incentral 8π-electron system toward unique aggregation-induced ultra-narrowbandemission with a FWHM of 13 nm”为题发表在Light: Science &Applications上，其中通讯作者为王志明研究员，张翰博士和唐本忠教授，第一作者为刘露博士生，张翰博士和肖陈发博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（52473173），广东省自然科学基金（2022B1515020084）、广东省基础与应用基础研究基金（2023B1515040003）、云南省科技厅重点项目（202303AC100021）、华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室（Skllmd-2024-10、Skllmd-20125-05）、广州市科技计划项目（2023A04J0988）、广东省重点领域研究发展计划项目（2024B01010400001）和香港创新技术委员会项目（ITC-CNERC14SC01）的资助。