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🔬【Adv.Mater.】突破100流明每瓦！三种B‒N共价键融合萘衍生物助力高效白光OLED ​

[!INFO] ✨文章标题：Engineering B‒N Covalent Bond-Fused Naphthalene Derivatives for Narrowband Yellow Emission and Power-Efficient White OLEDs ✉️作者：Guoyun Meng, Dongdong Zhang, Junqiao Ding 等 📚期刊：Advanced Materials 🔗链接：https://doi.org/10.1002/adma.202513180

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有机发光二极管（OLED）技术正迅速革新显示与照明领域。本文介绍了一项前沿研究：通过分子工程设计三种B‒N共价键融合萘衍生物（BN-nap1、BN-nap2、BN-nap3），成功实现了窄带黄光发射与超高能效的白光OLED器件，最高达到121.8 lm W⁻¹，远超传统荧光灯（约70 lm W⁻¹）。

🧪1. 背景与研究动机 ​

多环芳烃（PAHs）因其扩展的π共轭结构，在有机催化、生物成像和半导体领域具有广泛应用。传统的多重共振（MR）发光材料虽具备窄带发射和高光致发光量子效率（Φ_PL），但合成过程复杂，常需敏感的锂试剂，产率低且步骤繁琐。

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相比之下，1,2-BN掺杂PAHs中的B‒N共价键结构可通过无锂试剂的电亲反应轻松合成，产率高达90%以上。研究者提出：若进一步移除残留的MR结构，是否仍能实现窄带发射？为此，他们设计了三种新型分子BN-nap1、BN-nap2和BN-nap3，探索其光电性能与器件表现。

🧬2. 分子设计与合成策略 ​

BN-nap1是基础结构，通过将1,4-BN融合咔唑替换为萘基实现。其发射带宽较宽（FWHM达55 nm），原因在于咔唑与萘之间的高频振动模式。

为解决此问题，研究者提出“双融合策略”，设计出BN-nap2与BN-nap3，分别采用中心对称与轴对称方式将两个B‒N键融合至萘骨架中。此策略显著提升了分子刚性与共轭性，抑制高频振动，成功实现发射波长红移至黄光区域（540 nm与564 nm），FWHM缩窄至26–34 nm，Φ_PL提升至90–91%。

合成方面，三种分子均可通过一锅法电亲C‒H硼化反应制备，产率均超过70%，并具备良好的热稳定性（BN-nap2与BN-nap3的分解温度超过400°C）。

📊3. 理论计算与光物理分析 ​

通过TD-DFT计算，三种分子的HOMO分布于整个骨架，LUMO集中于萘及邻苯环，呈现局域激发（LE）与长程电荷转移（CT）混合特征。其激发态主要由LE态主导，导致空穴与电子高度重叠，增强了跃迁强度（f值分别为0.307、0.795、0.631），有利于快速辐射衰减与高Φ_PL。

进一步分析表明，BN-nap2与BN-nap3在高频振动区域的重组能显著低于BN-nap1，说明双融合结构有效抑制了C‒C、B‒N伸缩与C‒H剪式振动，从而减少肩峰并缩窄发射带宽。

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⚡4. 电化学与光学性能 ​

三种分子均表现出不可逆氧化行为，氧化电位依次降低（BN-nap1为0.87 V，BN-nap3为0.62 V），对应HOMO能级提升。还原行为显示BN-nap3具有准可逆双电子还原过程，LUMO能级最低（−3.09 eV），带隙最小（2.33 eV），表明其电子结构更适合OLED应用。

在溶液中，三者的吸收峰分别为441、527、542 nm，发射峰为461、540、564 nm，Φ_PL分别为76%、90%、91%。薄膜态下，发射略红移，Φ_PL仍保持在85%以上。其较大的单重态-三重态能隙（ΔE_ST）说明不具备TADF特性，但快速辐射速率使其成为理想的终端发光材料。

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💡5. 器件性能：单色与白光OLED ​

单色OLED ​

采用磷光辅助TADF敏化荧光（pTSF）策略，分别使用Ir(ppy)₃与PO-01作为敏化剂，构建BN-nap2与BN-nap3的单色器件。器件A与B的EQE_max分别为20.8%与24.5%，功率效率达80.3与86.2 lm W⁻¹。

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白光OLED（WOLED） ​

在单发光层中引入TADF材料4tCzBN-PhCN作为蓝绿光源，与BN-nap2或BN-nap3共掺杂，构建双色荧光WOLED。优化后，器件A1与B1在1000 cd m⁻²亮度下分别实现EQE达29.5%与28.4%，功率效率高达101.4与83.0 lm W⁻¹，远超多数已报道的单层WOLED。

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此外，通过引入蓝光TADF材料5CzBN，进一步实现标准白光发射（CIE坐标接近(0.33, 0.33)），器件W2的EQE达22.3%，CRI为73，色温5230 K，表现出优异的色彩还原能力与稳定性。

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🎯6. 总结与展望 ​

本研究成功设计并合成了三种B‒N共价键融合萘衍生物，通过分子结构调控实现了窄带黄光发射与高效白光OLED器件。其核心创新在于：

  • 摒弃传统MR结构，依靠π扩展实现窄带发射；
  • 双融合策略有效抑制高频振动，提升光效；
  • 器件功率效率突破121.8 lm W⁻¹，远超商业荧光灯；
  • 实现从暖白到标准白的色彩调控，适应多种照明需求。

该成果为未来高效、低成本OLED照明材料的开发提供了新思路，也为分子设计与器件集成提供了范式参考。