羟基苯并噻唑衍生物及其硼配合物的AIE特性与高效WLED器件应用研究

为解决传统白光发光二极管(WLED)材料存在的稳定性差和发光效率低等问题，研究人员设计合成6种具有聚集诱导发光(AIE)特性的羟基苯并噻唑(HBT)衍生物及其硼配合物(BBF)，通过调控分子结构实现激发态分子内质子转移(ESIPT)效应，最终制备出光效达120.42 lm·W-1、显色指数(CRI)74的高性能单组分WLED器件，为新一代节能照明材料开发提供新策略。

　　

在全球能源危机与绿色照明需求激增的背景下，白光发光二极管(WLED)作为节能照明技术的代表，其材料开发面临两大技术瓶颈：多组分混合体系稳定性差，单组分材料易出现聚集导致荧光猝灭(ACQ)效应。传统解决方案如热激活延迟荧光(TADF)或电荷转移体系往往受限于复杂的分子设计和低效的能量转换。更棘手的是，具有大共轭结构的发光分子在聚集态常因π-π堆积引发非辐射跃迁，导致发光效率断崖式下降。这一"越聚集越暗淡"的现象，成为制约WLED性能提升的"阿喀琉斯之踵"。

南京工业大学的研究团队另辟蹊径，从2-羟基苯并噻唑(HBT)这一特殊分子骨架入手。这类化合物具有独特的激发态分子内质子转移(ESIPT)特性：分子内N-H···O氢键在激发态下锁定分子构象，通过限制分子内运动(RIM)产生聚集诱导发光(AIE)效应。更巧妙的是，ESIPT过程伴随显著的偶极矩变化，赋予分子大斯托克斯位移——这正是理想光转换材料的关键特征。团队前期开发的HBT化合物虽取得115.81 lm W^-1的光效，但显色指数(CRI)与效率仍有提升空间。

为此，研究人员采用"分子手术"策略：以HBT为电子受体(A)，二甲氨基/二苯氨基为电子给体(D)，构建D-π-A型分子骨架。通过引入多甲基桥调控光物理性质，利用二苯氨基的空间位阻抑制π-π堆积。更突破性的设计是将HBT配体与硼原子配位，形成中性硼氟配合物(BBF)。B(III)的配位作用不仅稳定分子骨架，还增强共轭体系的平面性，大幅提升电荷转移效率。这种"氢键+配位键"双保险策略，使分子在聚集态发出明亮的橙黄色光。

研究采用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱和单晶X射线衍射等技术解析化合物结构。通过密度泛函理论(DFT)计算验证ESIPT机制，发现HBT衍生物的发光性能与其分子内氢键强度呈正相关。令人振奋的是，基于BBF1制备的WLED器件实现120.42 lm·W^-1的突破性光效，CIE色坐标(0.32,0.35)接近纯白光，CRI达74。晶体结构分析揭示，BBF分子中硼原子与配体形成刚性平面结构，有效抑制非辐射跃迁，这是性能提升的结构基础。

在合成部分，研究人员以2-氨基苯硫酚和5-溴水杨醛为起始原料，通过醛胺缩合-氧化环化"一锅法"构建苯并噻唑核心。关键的硼配合物合成采用BF₃·Et₂O作为硼源，在无水条件下实现配体到金属的电荷转移。光物理测试显示所有化合物均呈现明显的AIE效应，其中BBF3在固态量子产率比溶液态提高近8倍。

结论部分强调，该工作通过精准的分子设计实现三重创新：1) 将ESIPT与AIE特性协同整合；2) 利用硼配位增强分子刚性；3) 通过空间位阻调控聚集态行为。所得WLED器件性能超越多数文献报道值，特别是120.42 lm·W^-1的光效创下单组分AIE型WLED的新纪录。这项研究不仅为节能照明材料开发提供新思路，其"氢键锁定-配位增强-位阻调控"的多级调控策略，对开发其他功能发光材料具有普适性指导意义。论文成果发表于《Dyes and Pigments》，通讯作者为Zhu Hongjun和Liu Rui。