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Pt(II)離子采用dsp2雜化，形成平面四方結(jié)構(gòu)配合物，致使傳統(tǒng)Pt(II)配合物極易產(chǎn)生分子間的π-π堆積、Pt-Pt作用或主-客體相互作用（圖1a），進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)射光譜紅移和展寬、三激子湮滅、器件在高亮度下效率下降，甚至導(dǎo)致分子降解。如何通過分子設(shè)計(jì)抑制堆積、調(diào)控激發(fā)態(tài)特性，成為突破高性能深藍(lán)光OLED瓶頸的關(guān)鍵。鑒于此，浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院佘遠(yuǎn)斌教授團(tuán)隊(duì)的李貴杰研究員小組通過分子構(gòu)型與激發(fā)態(tài)特性的協(xié)同調(diào)控，設(shè)計(jì)出一系列具有三維剛性結(jié)構(gòu)的鉑(II)配合物磷光材料分子（圖2）。其一，在分子關(guān)鍵位置引入空間位阻基團(tuán)，把分子設(shè)計(jì)為空間三維（3D）立體結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化構(gòu)型、抑制分子間作用（圖1b）；其二，調(diào)控分子中局域態(tài)（3LE）和金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（3MLCT）二者能級的高低，使其以3LE為主發(fā)光態(tài)并融合3MLCT態(tài)，前者使發(fā)射光譜變窄，后者使其量子效率高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高色純度、高效率的目標(biāo)（圖1c）。

基于上述分子設(shè)計(jì)理念，以PtQS1為例（圖1d），為提高3LE在最低三線態(tài)（T?）中的占比，作者在PtQS1中以更大π共軛的苯并呋喃咔唑（BFCz）取代了PtON-TBBI中的咔唑基團(tuán)，以縮小發(fā)射光譜的半峰寬（FWHM）。其次，在N-雜環(huán)卡賓（NHC）基團(tuán)上引入超大體積的3,3″,5,5′,5″-三叔丁基-[1,1′:3′,1″]-三苯基（PTBTP）基團(tuán)，該基團(tuán)與分子主骨架近乎垂直排布，使得PtQS1整體構(gòu)型呈3D立體結(jié)構(gòu)，從而顯著抑制分子間作用；3D立體分子構(gòu)型經(jīng)X-ray單晶衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)。此外，在4-叔丁基苯基的鄰位引入4個(gè)叔丁基，有助于限制CPh–CPh與CPh–NNHC鍵的自由旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)分子剛性并減少振動(dòng)/旋轉(zhuǎn)，從而抑制非輻射躍遷。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也削弱了三苯基與NHC之間的共軛作用，避免激發(fā)態(tài)特性被破壞，降低發(fā)射紅移。最后，擴(kuò)展π共軛與增強(qiáng)的剛性結(jié)構(gòu)也有助于進(jìn)一步提升量子效率。

PtQS1在深藍(lán)光OLED中展現(xiàn)出高效率、高色純度和高亮度的器件性能。作者進(jìn)一步通過X-ray單晶衍射、理論計(jì)算（圖1d和1f）、光譜學(xué)和器件物理等手段，系統(tǒng)地研究了PtQS1的分子構(gòu)型、光物理和激發(fā)態(tài)性質(zhì)（圖3）。三維剛性鉑(II)配合物 PtQS1在二氯甲烷溶液中，實(shí)現(xiàn)室溫下17.1 nm的半峰寬（FWHM），為迄今報(bào)道最窄的鉑基藍(lán)光發(fā)射光譜（圖3c）。在器件方面: PtQS1底發(fā)射OLED在464 nm處發(fā)光，F(xiàn)WHM為17.1 nm，在1000 cd/m²、5000 cd/m²和10000 cd/m²亮度下的外量子效率分別高達(dá)30.8%、26.4%和23.2%（圖4）。PtQS1頂發(fā)射器OLED則實(shí)現(xiàn)了更高的色純度（FWHM=13.1 nm，CIE_y = 0.062），接近超高清顯示標(biāo)準(zhǔn)BT.2020（0.046）；較低的工作電壓（1000 cd/m²亮度下為3.9 V）以及468 cd A^?1 CIE_y^?1的最大藍(lán)光指數(shù)（BI）；在初始亮度1000 cd/m²下器件半壽命（LT??）長達(dá)670小時(shí)（圖5）；對比實(shí)驗(yàn)表明具有本征的窄光譜磷光分子對于頂發(fā)射器件的藍(lán)光指數(shù)和壽命具有顯著提升作用。PtQS1頂發(fā)射疊層OLED器件在1500 cd/m² 下發(fā)射峰為464 nm，F(xiàn)WHM為13.0 nm，CIE_y坐標(biāo)為0.063，最大BI值達(dá)630 cd A^-1 CIEy^-1 (在亮度約400 cd/m²下)，且在1000、5000與10000 cd/m²下分別為620、565 與520 cd A^-1 CIEy^-1。該器件在1000 cd/m²下工作電壓為約7.0V，初始亮度為1920 cd/m²時(shí)的90%壽命（LT₉₀）達(dá)到約80小時(shí)，且重復(fù)性良好。該高效、穩(wěn)定、低電壓、色純度高的PtQS1頂發(fā)射器件，在目前所有CIEy<0.10的深藍(lán)OLED中展現(xiàn)出卓越的綜合性能（圖6）。

圖1. 分子設(shè)計(jì)與理論計(jì)算

圖2. 代表性窄譜帶藍(lán)光OLED發(fā)光材料分子結(jié)構(gòu)

圖3. 光物理性質(zhì)對比

圖4. 底發(fā)射OLED器件性能

圖5. 頂發(fā)射OLED器件性能

圖6.頂發(fā)射疊層OLED器件性能

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原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41566-025-01706-0.

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https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c01597.