水平取向MRCT型TADF发光体实现外量子效率超40%的天蓝光OLED

为解决蓝光OLED效率瓶颈问题，日本九州大学团队设计了一种新型多共振电荷转移型热激活延迟荧光（MRCT-TADF）发光体DBADCzPh。通过C-C键连接供体-受体结构实现100%水平分子取向，结合高极性主体材料PPF，器件外量子效率（EQE）突破42.5%，为高效天蓝光OLED提供了新设计范式。

　　

在有机电子学领域，有机发光二极管（OLED）技术虽已取得长足进展，但蓝光器件效率始终是难以攻克的堡垒。传统磷光OLED（PhOLED）虽能实现20-30%的外量子效率（EQE），但依赖贵金属的重原子效应；而热激活延迟荧光（TADF）材料虽可通过反向系间窜越（RISC）实现100%内量子效率（IQE），但蓝光TADF材料普遍面临三重态激子能量高、C-N键易断裂导致的稳定性问题。更棘手的是，大多数D-A型TADF材料因垂直分子取向导致光耦合效率（η_out）低下，实际EQE难以突破30%。

针对这些挑战，日本九州大学的研究团队提出了一种革命性的分子设计策略。他们以氧桥联三芳基硼（DBA）为核，通过高键能的C-C键连接苯基咔唑（CzPh）供体，构建了兼具短程电荷转移（SRCT）和长程电荷转移（LRCT）特性的多共振电荷转移型（MRCT）TADF发光体DBACzPh和DBADCzPh。研究发现，这种设计不仅通过3LE态（局域激发三重态）加速RISC过程（k_RISC达10⁴ s^-1），更在真空沉积薄膜中实现了100%水平分子取向。当采用高极性主体材料PPF（偶极矩5.8 D）时，DBADCzPh的发光量子产率（PLQY）高达91%，ΔE_ST仅0.20 eV，最终制备的天蓝光OLED（CIE 0.16,0.30）EQE突破42.5%，刷新了同类器件的效率纪录。这项突破性成果发表于《Nature Communications》，为下一代OLED照明与显示技术开辟了新路径。

研究团队主要采用了以下关键技术：1）通过Suzuki偶联合成C-C键连接的MRCT-TADF分子；2）利用瞬态荧光光谱和变温PL分析激子动力学；3）采用单晶X射线衍射（SC-XRD）和密度泛函理论（DFT）解析分子取向；4）通过真空蒸镀法制备多层OLED器件；5）结合角度依赖PL和Setfos模拟量化水平取向比例。

分子设计与理论计算
通过PBE0/6-31G(d,p)理论计算揭示，DBADCzPh的HOMO（-5.37 eV）和LUMO（-1.55 eV）能级分别分布于整个分子和DBA核，形成MRCT特性。自然跃迁轨道（NTO）分析显示，S₁→T₁过程涉及³LE态（局域激发），其自旋轨道耦合矩阵元素（SOCME）达1.2 cm^-1，显著促进RISC。相比C-N键连接的传统结构，C-C键使二面角降至38°，键解离能（BDE）提升至188.14 kcal/mol。

光物理特性
在甲苯溶液中，DBADCzPh表现出460 nm的天蓝光发射，ΔE_ST为0.15 eV。采用高极性PPF主体后，薄膜PLQY从mCBP体系的83%提升至91%，延迟寿命（τ_d）缩短至7.67 μs。溶致变色实验证实，从己烷到丙酮的40 nm红移表明其MRCT特性。

晶体结构与取向控制
单晶解析显示DBADCzPh呈现J型堆积（间距7.17 ?），通过C-H···π（2.83 ?）和B···H（3.07 ?）相互作用形成平面层状结构。材料工作室模拟预测其沿{1 0 1}晶面生长，角度依赖PL证实PPF薄膜中水平取向比例达100%，远超mCBP体系的75%。

器件性能
采用PPF主体的器件开启电压仅3.0 V，最大亮度8,254 cd/m²，EQE达42.5%（1000 cd/m²下仍保持28.2%）。空穴/电子唯器件（HOD/EOD）测试表明，PPF体系实现了平衡的双极传输（μ_h/μ_e≈1），而mCBP体系因载流子不平衡导致效率滚降。

这项研究通过创新的C-C键MRCT分子设计，首次将水平取向比例、激子利用率和材料稳定性三者协同优化，突破了蓝光OLED的效率瓶颈。其意义不仅在于创纪录的EQE数值，更开创了"供体-受体-供体"（D-A-D）型TADF材料的新范式，为超高清显示和固态照明提供了关键技术储备。特别是100%水平取向的实现，使理论光提取效率从30%提升至40%以上，为后续材料开发提供了普适性设计原则。