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【Angew.Chem.】高效蓝光OLED突破：31.0%外量子效率与175.4小时寿命 ​

文章标题：Constructing High‐Efficiency and Stable Hyperfluorescence Blue OLEDs via TADF Sensitizers with Very Short Delayed Lifetimes
通讯作者：Dr. Baoyan Liang， Prof. Hai Bi, Prof. Yue Wang 文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202524373

文章概要 ​

研究背景 ​

蓝光有机电致发光二极管（OLED）一直是显示与照明领域的难题。相比红光与绿光材料，蓝光材料在效率与寿命之间难以平衡。传统的三重态湮灭（TTA）型宿主与荧光材料虽然能提供一定寿命，但效率不足。贵金属磷光材料虽有较好表现，但成本高且色纯度差。近年来，热激活延迟荧光（TADF）材料与多重共振TADF（MR-TADF）材料成为热点，前者能实现100%激子利用，后者则具备窄带发射与高色纯度。然而，MR-TADF器件存在严重效率滚降问题，主要源于反系间窜越（RISC）速率过慢。

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研究目标 ​

本研究旨在设计高效且稳定的蓝光TADF敏化剂，提升RISC速率至接近10^7 s⁻¹，从而推动高性能超荧光蓝光OLED的发展。研究团队通过调控激发态能级与增强自旋轨道耦合（SOC）效应，成功设计出具有快速RISC速率的敏化剂，并与典型的MR-TADF发射体v-DABNA结合，构建高效稳定的器件。

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分子设计与合成 ​

研究团队设计了三种新型分子：3tBuCz-2PhBN、3PhCz-2PhBN与3ThCz-2PhBN。通过在分子结构中引入苯基与噻吩基团，调控ΔE_ST（单重态与三重态能级差），并利用重原子效应增强SOC。结果显示，3ThCz-2PhBN表现出最高的RISC速率（9.71 × 10^6 s⁻¹），归因于最小的ΔE_ST与显著的SOC增强。

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光物理与热稳定性 ​

三种分子均表现出优异的光物理性质：

  • 在溶液中发射峰位于442–461 nm，呈现深蓝至蓝光发射。
  • 光致发光量子效率（PLQY）在氮气保护下均超过0.8。
  • 热稳定性良好，分解温度超过400°C，适合真空蒸镀工艺。
  • 单晶结构显示供体与受体间存在大扭转角，促进HOMO与LUMO分离，降低ΔE_ST。

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器件性能 ​

基于三种分子的OLED器件表现如下：

  • 3tBuCz-2PhBN器件：深蓝发射，EQE最高13.6%，寿命仅19.6小时。
  • 3PhCz-2PhBN器件：蓝光发射，EQE最高19.3%，寿命151.9小时。
  • 3ThCz-2PhBN器件：蓝光发射，EQE最高21.6%，寿命218.2小时。

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进一步将其作为敏化剂与v-DABNA结合，构建超荧光器件：

  • 3ThCz-2PhBN敏化的器件实现了31.0%的最大外量子效率（EQE），在1000 cd/m²亮度下仍保持25.6%。
  • 器件驱动电压低至4.4 V，亮度高达48,279 cd/m²。
  • 器件寿命（LT50）达到175.4小时，远超多数同类蓝光器件。

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关键发现 ​

研究表明，快速RISC速率是提升蓝光OLED效率与寿命的关键因素。3ThCz-2PhBN凭借其独特分子设计，实现了高效率与长寿命的平衡。与传统敏化剂相比，其在能量转移与稳定性方面均表现优异。

结论与意义 ​

本研究成功设计出高效稳定的蓝光TADF敏化剂，并通过与v-DABNA结合实现了超荧光蓝光OLED的突破：最大EQE达31.0%，寿命达175.4小时。这一成果不仅为蓝光OLED的商业化应用提供了新的可能，也为未来高性能显示与照明技术的发展奠定了坚实基础。

该研究凸显了分子设计中ΔE_ST与SOC调控的重要性，为后续蓝光材料的开发提供了新的策略与方向。