开发具有超高色纯度和高电致发光效率的深蓝光材料一直面临巨大挑战。具有杂化局域电荷转移(HLCT)激发态特征的深蓝光材料被认为是实现高色纯度、高激子利用率、高效率蓝光有机发光二极管(OLED)的有效材料。但其刚性和平面分子结构限制了其在溶液加工技术中的应用。因此，迫切需要有效的策略来设计合成新型的高性能可溶液加工深蓝光材料。
图1 分子设计策略 中山大学张艺教授团队发展了一种如图1所示的脂肪族酰亚胺环端基策略，系统研究其电子特性和空间结构对发光核光电性能的影响。脂肪族酰亚胺环对前线分子轨道分布影响较小，但对晶体中分子排列影响较大。它的引入不仅改善材料的溶解度，增强热力学性能和薄膜形态稳定性，而且提高了材料的光致发光效率，平衡载流子的输运，抑制聚集猝灭效应。相应的溶液加工型深蓝光HLCT OLED实现了创纪录的效率(EQE=11.5%)。 图2 PYTPA和PYTPA-R的最高占有轨道、最低空轨道和自然跃迁轨道分布。 理论计算表明（图2），脂肪族酰亚胺环作为弱的吸电子基团，有效的削弱了三苯胺片段的给电子性质。修饰后的PYTPA-R的能隙值略大于PYTPA。引入脂肪族酰亚胺环可以在保持PYTPA发光核HLCT特性的同时，显著增强局域态组分、振子强度和自旋轨道耦合常数，有利于实现深蓝光发射和高的荧光量子效率，促进高能级反系间跃迁过程。 图3 原始旋涂薄膜(上)和在150℃下退火的薄膜(下)在空气中放置60天后的光学显微镜图像。 将所有薄膜在空气中放置60天后，PYTPA的原始膜和热退火膜都出现了明显结晶现象，相反，PYTPA-R的原始膜和热退火膜依然保持无定形的状态（图3）。利用单晶进一步分析表明，扭曲的脂肪族酰亚胺环的引入可以有效抑制分子间的堆砌，抑制结晶。以上结果表明，在发光核上引入脂肪族酰亚胺环可以显著增强薄膜形态稳定性，有利于实现高效稳定的薄膜发射和器件性能。 图4 (a)器件结构；(b)电流密度-电压-亮度曲线；(c)外量子效率-亮度曲线(插图：7V下电致发光光谱)；(d)文献结果对比图。 最后，作者表征了PYTPA-R的电致发光性能（图4）。相应的溶液加工型器件不仅表现出深蓝光发射，而且还实现了窄的半峰宽和小的y轴色坐标值。特别地，以PYTPA-HP为发光材料的OLED实现了11.5%的最大外量子效率。该工作为发展可溶液加工深蓝光材料提供了新的思路。 论文信息 Achieving Record External Quantum Efficiency of 11.5% in Solution-Processable Deep-Blue Organic Light-Emitting Diodes Utilizing Hot Exciton Mechanism Wenhui Wang, Jinkun Bian, Kaijin Chen, Chuying Li, Yubo Long, Haitao Huang, Long Jiang, Juan Zhao, Siwei Liu, Zhenguo Chi, Jiarui Xu, and Yi Zhang* 论文的第一作者为中山大学博士研究生王文慧，通讯作者为中山大学张艺教授。该工作得到科技部、国家自然科学基金委和广东省科技厅等部门的支持。感谢华南理工大学马於光教授、马东阁教授和苏仕健教授的帮助和大力支持。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202318782
