摘要：北京理工大学姚长江课题组通过将轴向手性双酚段作为电子调控基团与深红色发色团相结合，不仅成功设计了单分子圆偏振白光(CPWL)发射材料，而且实现了NIR-CPL性能。通过改变取代基，调节局域态发光(LE)和分子内电荷转移(ICT)态发光行为，使(R)/(S)-BIT产生CIE坐标为(0.33, 0.34)的单分子白光，(R)/(S)-BITM产生聚集态为720 nm的NIR-CPL发光。未掺杂的OLED器件电致发光峰达到709 nm。此外，由于聚集诱导发光效应，最大EQE接近4.2%，效率滚降低。
关键词：近红外发光，聚集诱导发光，圆偏振发光，双发射，单分子白光
分类：光子;器件
图1 近红外和单分子白光发射分子的设计思路和性能。
近年来，高效率近红外发光材料引起了广泛关注，主要因其在生物成像、医疗、光通信和夜视器件等领域的重要应用。除了已知的无机近红外量子点和卤化物钙钛矿等材料外，还有各种有机近红外材料，包括传统的荧光小分子材料、共轭聚合物以及金属有机配合物磷光材料等，因其具备化学结构可调、稳定性良好、便于制备近红外有机电致发光器件(NIR-OLED)的优势而迅速取得了显著进展。对于近红外荧光小分子材料而言，尽管其和聚集诱导发光(AIE)、热激活延迟荧光(TADF)等性能相结合的材料已被广范开发。但是近红外圆偏振发光(CPL)材料的开发还很少见。主要因为受制于能隙法则 (energy gap law)，即随着激发态和基态之间的能隙差减小，非辐射跃迁速率常数呈指数增加，导致开发的有机近红外发光材料(> 700 nm)发光量子效率较低，从而严重限制了圆偏振发光性能的测试。
有机圆偏振发光材料由于其独特的光物理性质和在三维显示、光学数据存储、有机发光二极管等领域的潜在应用而备受关注。迄今为止，已经开发了各种手性荧光体系，包括金属配合物、小有机发光物质、共轭聚合物、超分子和液晶等。通常，这些CPL活性通过使用多功能的手性有机小分子诱导，尤其是对轴手性联萘酚、螺烯和平面手性环烷等进行了广泛研究。然而，有机小分子CPL材料的研究主要集中可见光发射区域，而具有CPL的单分子白光发射或近红外发光材料的报道却相对较少。到目前为止，仅有一项关于圆偏振白光和两篇关于NIR-CPL的工作被报道。其原因为：在发射白光或近红外光的分子内引入中心手性对于分子内电子跃迁的影响相对较小，因此实现期望的CPL性能仍然是一个巨大的挑战。具有轴手性的螺烯分子通常溶解性较差，合成难，并且它们通常具有较差的电导性质，进一步降低了其作为半导体材料的适用性。
近日，北京理工大学姚长江教授课题组通过将轴手性的联萘酚与不同取代基的深红色发色团连接起来，成功合成了两种圆偏振发光分子((R)/(S)-BIT或(R)/(S)-BITM)，它们表现出单分子白光发射或近红外发光并具有CPL性质。没有任何取代基的(R)/(S)-BIT实现了由光诱导电子转移(PeT)引起的圆偏振单分子白光发射，其CIE坐标为(0.33, 0.34)。实验证明，(R)/(S)-BIT的两个发射峰分别属于LE和ICT发射。与此同时，甲氧基取代的分子(R)/(S)-BITM在聚集状态下表现出最大发射峰为720 nm。此外，由于更强的聚集诱导发光效应，非掺杂的OLED表现出较小的效率滚降，电致发光峰位于709 nm，最大EQE为4.2%。
图2 圆偏振发光性能和器件性能测试
因此，研究者相信，这种简单的D-A分子结构的修饰策略，将为开发具有单分子白光发射或近红外发光的CPL材料提供新的思路。相关论文在线发表在Advanced optical Materials上. 本文第一作者是北京理工大学在读博士生刘建勋，通讯作者是北京理工大学姚长江教授和冯岩松助理研究员。理论计算和光谱测试、分析分别得到南开大学龙官奎课题组和中科院化学所钟羽武课题组的支持和帮助。
