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摘要
有机发光二极管（OLED）具有轻薄、可挠、广视角等优点，被视为下一代显示技术的明日之星。而圆偏振发光（CPL）材料因其在3D显示、光学传感器和光电子学等领域的广泛应用前景，近年来备受关注。特别是具有CPL特性的纯有机热活化延迟荧光（TADF）材料，因其理论上100%的内量子效率和额外的旋光特性，成为OLED领域的研究热点。
国立清华大学化学系的吴典霖教授团队，首次将手性4,4′-联菲-3,3′-二醇（BIPOL）单元引入TADF框架，合成出两系列对映异构体：R/S-o-DCzBPNCN和R/S-p-DCzBPNCN。研究发现，o-DCzBPNCN具有0.05 eV的窄单重态–三重态能隙，高效的TADF，以及在掺杂薄膜中高达82%的光致发光量子产率（PLQY）。此外，R/S-o-DCzBPNCN在掺杂薄膜中展现出高达1.94×10-2 / +1.91×10-2 的发光不对称因子（gPL）。
研究方法与结果
研究团队首先合成并纯化了对映纯的R/S-BIPOL前体，并通过两步合成R/S-o-DFBPNCN、R/S-p-DFBPNCN，以及最终产品R/S-o-DCzBPNCN和R/S-p-DCzBPNCN。值得注意的是，BIPOL基于的发射体展现出高度扭曲的构象，供体和受体之间存在较大的扭转角，这导致o-DCzBPNCN和p-DCzBPNCN的单重态–三重态能隙（ΔEST）分别为0.05和0.17 eV。此外，o-DCzBPNCN和p-DCzBPNCN的反向系间窜越（RISC）速率分别为2.11×10^6 s^-1和2.90×10^5 s^-1。
为了研究固态光致发光行为，研究团队将发射体分别掺杂到主体1,3-二(9-咔唑基)苯(mCP)中。结果显示，10 wt% o-DCzBPNCN掺杂薄膜在535 nm处测得高达82%的PLQY，这比p-DCzBPNCN（PLQY=59%）和报导的BINOL基结构更高。
旋光特性研究
研究团队利用圆二色性（CD）和CPL光谱研究了材料的旋光特性。结果显示，R/S-o-DCzBPNCN和R/S-p-DCzBPNCN均观察到镜像的CD信号，在300至350 nm的n-π*/π–π*区域有明显的棉花效应，在400至450 nm的CT区域有较弱的棉花效应。值得注意的是，R/S-o-DCzBPNCN的gPL值在掺杂薄膜中分别增加到1.94×10-2 / +1.91×10-2。
光焱科技设备的应用
本研究中，研究团队使用了光焱科技的光致发光与发光量子效率测试系统 (PLQY) LQ-100X-PL 进行材料的PLQY测试。LQ-100X-PL 采用紧凑的设计，搭配 4 吋外径 PTFE 材质的积分球，并整合 NIST 追溯的校准，让手套箱整合 PL 与 PLQY 成为可能。藉助先进的仪表控制程序，LQ-100X-PL 可以进行原位时间 PL 光谱解析，并可产生 2D 与 3D 图表，帮助用户可以更快地表征材料在原位时间的变化。这些特性使得 LQ-100X-PL 成为研究 TADF 材料的理想工具。
结论
吴典霖教授团队的研究成果为开发新型CP-TADF发射体提供了便捷且具有前景的策略。BIPOL基衍生物展现出优异的TADF特性、高PLQY和CPL能力，有望在未来OLED显示技术中发挥重要作用。
Reference
Chemistry An Asian Journal , this article first published: 15 December 2023
