手性发光材料能够分别发出不同强度的左、右手圆偏振光(CPL),在圆偏振电致发光器件(CP-OLED)和平面3D显示有潜在的应用价值。不对称g因子(glum ≤ 2)是衡量其CPL性能的关键,而现有的手性发光材料普遍g因子小,限制了相关材料在平面3D显示中的应用。

化学化工学院郑佑轩和左景林团队在国内率先开展了手性发光材料CP-OLED性能的研究,在手性磷光配合物和热活化延迟荧光(TADF)材料的开发上取得系列创新成果。目前手性TADF材料的构建大多采用的是手性微扰的策略,即通过不参与发光过程的手性中心结合相应的电子给-受体(D-A)结构。这种策略虽然容易构筑手性TADF材料,但手性中心对材料圆偏振发光性能的影响十分有限,g值普遍较小。

最近,郑佑轩和左景林团队与长春应化所周亮研究员团队合作,提出了一种较为普适性的手性TADF材料设计策略。通过将手性中心与电子给体结构结合,制备了一种新型的手性给体(D*)结构,以D*-A-D*为骨架直接构建了手性TADF材料。团队成员通过将手性联萘胺结构设计为一类特殊的手性给体,获得了具有棒状结构(R/S-p-BAMCN)和螺旋结构(R/S-o-BAMCN)的手性TADF材料。一方面,由于材料自身较为刚性的结构,其发射光谱表现出较窄的半峰宽,在溶液中最窄可达38 nm;另一方面,基于CPL性能较好的手性给体和合理的D*-A-D*结构设计,螺旋形的R/S-o-BAMCN表现出优异的CPL性能,|gPL|值可达5.3×10-3,优于大部分报道的手性TADF材料。通过详细的理论计算,解释了材料兼具窄光谱和高性能圆偏振发射的原因,并且提出一种高g值手性发光材料的设计猜想。

以这两个手性TADF材料为发光中心制备的CP-OLED器件最大外量子效率分别可达27.6%和20.5%,其中以R/S-o-BAMCN制备的半透明CP-OLED表现出明显的圆偏振电致发光特性,|gEL|值达到4.6×10-3。该工作以“Chiral Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials based on R/S-N2,N2'-Diphenyl-[1,1'-binaphthalene]-2,2'-diamine Donor with Narrow Emission Spectra for Highly Efficient Circularly Polarized Electroluminescence”为题发表在Adv. Funct. Mater. (2021, DOI: 10.1002/adfm.202103875)上,研究结果为手性TADF材料和CP-OLED器件的设计提供了借鉴。晏志平博士(目前在佛山季华实验室工作)和刘亭亭硕士为论文共同第一作者,郑佑轩教授、左景林教授和周亮研究员为通讯作者。