基于菲并咪唑与芘异构体的高效蓝色荧光分子合成及电致发光性能研究

为解决OLED中深蓝光材料效率低、色纯度不足等问题，研究人员设计合成了两种菲并咪唑-芘异构体(m-PPI-PyP-PCz和p-PPI-PyP-PCz)。通过调控芘基团的连接位点(间位/对位)，获得CIEy低至0.078的深蓝光发射，非掺杂器件EQE达5.77%，为构建高效稳定的深蓝光OLED提供了新思路。

　　

在现代显示技术领域，有机发光二极管(OLED)因其自发光、柔性可折叠等特性已成为研究热点。然而，作为三基色之一的深蓝光材料始终面临效率低、色纯度不足等挑战——既要满足CIE_y<0.1的国际标准，又需克服平面分子结构导致的π-π堆积引起的荧光猝灭和红移现象。传统芘、蒽等发色团虽具有优异载流子迁移率，但刚性平面结构易形成激基复合物，严重影响器件性能。

针对这一难题，东北农业大学的科研团队在《Dyes and Pigments》发表研究，通过巧妙设计菲并咪唑(Phenanthroimidazole, PPI)与芘(Pyrene)的异构体结构，开发出两种新型深蓝光材料。研究人员采用"一锅法"反应结合Suzuki-Miyaura偶联技术，在PPI的N1位分别引入间位(m-)和对位(p-)连接的芘基团，同步引入咔唑(Carbazole)单元增强空穴传输能力，成功构建了m-PPI-PyP-PCz和p-PPI-PyP-PCz两种异构体。

关键实验技术包括：1) 通过核磁共振和质谱进行结构表征；2) 采用密度泛函理论(DFT)计算分子轨道能级；3) 热重分析评估材料稳定性；4) 构建非掺杂OLED器件测试电致发光性能。

【分子设计与合成】
通过调控芘基团的连接位点，间位连接的m-PPI-PyP-PCz形成扭曲构象(二面角84.7°)，比对位连接的p-PPI-PyP-PCz(二面角56.2°)具有更显著的立体位阻。这种构象差异有效抑制了分子聚集，X射线衍射显示m-PPI-PyP-PCz具有更高的结晶温度(218°C vs 196°C)。

【光物理性能】
理论计算表明间位连接使m-PPI-PyP-PCz的HOMO-LUMO能隙扩大至3.21eV，比对位异构体高0.15eV。荧光光谱证实其发射峰位于436nm，半峰宽仅52nm，CIE色坐标(0.154,0.078)显著优于NTSC标准。

【器件性能】
基于m-PPI-PyP-PCz的非掺杂OLED实现2.9V的低启亮电压，最大亮度达12,340cd/m²，EQE(5.77%)比p-PPI-PyP-PCz器件(5.01%)提升15%。扭曲构象有效抑制浓度猝灭，在1000cd/m²亮度下效率滚降仅8.3%。

该研究通过精确调控分子异构效应，证实间位连接能有效平衡载流子传输与激子限域：1) 咔唑单元沿分子长轴排列优化空穴注入；2) 扭曲的芘基团短轴排列抑制激基复合物形成；3) 刚性PPI骨架保障热稳定性。这种"长轴传输-短轴调控"的设计策略为开发高效深蓝光材料提供了新范式，其非掺杂特性更有利于简化器件工艺。Yulong Liu团队的工作不仅实现了CIE_y<0.08的深蓝光发射，更为解决OLED领域长期存在的效率-色纯度权衡难题提供了分子层面的解决方案。