基于异构化调控的苯并噁唑受体高效紫外发光材料与低滚降OLED器件研究

为解决紫外有机电致发光材料在400 nm以下波段效率低、滚降严重的问题，研究人员通过苯并噁唑(PO)受体与苯基咔唑(PCz)供体的异构化连接，设计出三种具有杂化局域-电荷转移(HLCT)特性的材料p-POBCz、m-POBCz和3-POBCz。其中m-POBCz器件实现392 nm紫外发射，外量子效率(EQE)达6.35%，且在1000 cd m?2亮度下保持6.16%效率，滚降近乎为零。该研究为宽禁带材料设计提供了新思路。

　　

在显示技术飞速发展的今天，紫外和深蓝光有机发光二极管(OLED)因其在超高清显示、生物传感等领域的应用价值备受关注。然而，发射波长小于400 nm的材料面临严峻挑战——既要维持宽禁带(>3 eV)特性，又要解决效率滚降问题。传统策略通过缩短共轭长度抑制分子内电荷转移(CT)效应，却往往导致辐射跃迁速率降低。混合局域-电荷转移(HLCT)态材料的出现为解决这一矛盾提供了可能，其通过高能级反向系间窜越(hRISC)实现三重态激子的高效利用，但如何精准调控HLCT材料的能级结构仍是未解难题。

青岛科技大学的研究团队创新性地采用分子异构化策略，以刚性苯并噁唑(PO)为受体核心，通过改变其与苯基咔唑(PCz)供体的连接位点（对位、间位及3位），构建了p-POBCz、m-POBCz和3-POBCz三种异构体。研究结合理论计算与光电测试证实，这种结构调控可精确操纵激发态的局域(LE)与CT成分比例。其中3-POBCz器件实现CIE坐标(0.159,0.048)的深蓝光发射，EQE达6.02%；而间位连接的m-POBCz因共轭受限产生392 nm紫外发射，不仅EQE创下6.35%的记录，更在1000 cd m^?2高亮度下保持6.16%效率，滚降率仅3%，突破了紫外OLED的性能瓶颈。

关键技术包括：1) 密度泛函理论(DFT)计算分子轨道分布；2) 瞬态荧光光谱分析激发态动力学；3) 溶液/薄膜态光物理性质表征；4) 真空蒸镀法制备多层OLED器件。

【分子设计、热力学与电化学性质】
PO受体因其刚性平面结构展现出紫外区发光特性，与PCz供体组合后形成D-A型分子架构。差示扫描量热(DSC)显示所有异构体玻璃化转变温度(T_g)>150°C，热分解温度(T_d)>400°C，表明优异的热稳定性。循环伏安法测得PO单元的LUMO能级为-2.72 eV，证实其弱吸电子特性。

【光物理性质与激发态特性】
通过飞秒瞬态吸收光谱发现，m-POBCz的激发态寿命(1.72 ns)显著短于其他异构体，这是其紫外发射的关键。理论计算揭示间位连接使S₁态CT成分占比降至42%，而3-POBCz达61%，导致后者发射红移。所有材料均显示明显的HLCT特征，存在从T₂到S₁的hRISC通道。

【电致发光性能】
器件结构为ITO/HATCN/TAPC/mCP:emitter/DPPS/LiF/Al。m-POBCz器件在392 nm处呈现窄半峰宽(42 nm)，色纯度优于BT.2020标准。其最大电流效率达5.21 cd A^?1，且在1000 cd m^?2下效率仅下降0.19 cd A^?1，远优于传统TADF材料。

该研究开创性地证明PO单元作为受体构建HLCT材料的潜力，提出的异构化调控策略为短波长发光材料设计提供了普适性方法。m-POBCz创纪录的性能指标标志着紫外OLED向实用化迈进重要一步，其近乎为零的效率滚降特性更解决了困扰领域多年的关键难题。这些发现发表于《Dyes and Pigments》，为下一代超高清显示和紫外光电应用奠定了材料基础。