01引言

有機電致發光器件（OLED）是繼陰極射線管（CRT）和液晶（LCD）之后最有應用前景的第三代平板顯示技術，具有響應速度快、寬視角、低能耗、高色彩飽和度、可實現柔性及透明顯示等諸多優勢，是滿足未來超高清顯示、柔和個性化固態照明等需求的最佳選擇。顯示技術或器件性能的提升，發光材料的開發是關鍵。在電場下，為了實現理論上的100%激子利用率，早期的高效發光材料一般通過引入重金屬構筑的磷光材料，但貴重金屬一方面稀缺、毒性大、且三線態壽命長，高亮度/電流密度下易產生淬滅，影響了器件壽命。近年來迅速發展起來的基于熱活化延遲熒光材料（TADF）不僅實現了理論上100%內量子效率的利用，也不需要引入貴重金屬，且有望打破現有專利壟斷格局已逐漸成為OLED領域包括學術界和產業界的關注熱點。

為了實現覆蓋從藍光到紅光的全色顯示，發光材料的設計中往往需要引入雜原子（N、O、S等），構筑更多的躍遷通道，如n-π*，給受體-受體電荷轉移態（ICT），特別是要實現紅光發射往往還需要借助拓寬共軛區域以及增強給受體之間的ICT。但是，一方面，雜原子的引入勢必會降低材料的化學穩定型；此外，合成難度也會隨之增加。在不引入雜原子，也不額外增加分子共軛的前提下，基于純碳氫體系，通過改變共軛稠環的稠合方式及稠環大小，調控其基態與激發態分子軌道類型實現從近紫外到近紅外的全光譜覆蓋，將有望實現并拓展純碳氫發光材料在高效有機電致發光器件中的應用，同時為深化理解純碳氫類分子發光調控的本質，為構筑特定光色且高熒光量子效率、高激子利用率的發光材料提供理論支撐。

本項目將基于經典的純碳氫熒光分子芘，通過改變稠環組合次序、引入具有反芳香性的非六元稠環構筑一系列芘異構體，結合理論計算及鴻之微的MOMAP軟件模擬篩選出合適的稠合方式，以構筑純碳氫分子在不改變有效共軛長度的前提下實現近紫外到近紅外發光。通過調控合適的激發態能級同時有望實現純碳氫材料的TADF以及反卡莎發光等特性拓寬其應用場景。

02成果簡介

基于純碳氫芘異構體，通過改變其稠環類型，芳香性等參數構筑了一系列的，純碳氫發光分子母核。進一步，基于MOMAP軟件，并結合Gaussian常規結構優化，模擬出這些異構體的理論光譜，以及激發態能級構成，構筑了合適的分子設計邏輯，從而實現了在不額外引入雜原子且不改變有效共軛長度的前提下大幅調節發射光譜（從近紫外到紅外發光波段的覆蓋）。基于MOMAP的振動分析數據詳細闡明了AAE及其衍生物反卡莎發光的本質，以及APD能實現純碳氫TADF特性的內在機制。基于上述結論指導，構筑了四種純碳氫熒光分子，實現了紅綠藍全彩色OLED，器件最大外量子效率突破9.2%，為非摻雜純熒光材料的最優值，此外，報道了首例全碳氫TADF-OLED。

03圖文導讀

圖1、芘異構體的構建和基于MOMAP軟件的理論光譜模擬，以及四苯乙烯單元修飾的芘異構體的分子結構。

圖2、芘異構體基態及激發態的芳香性/反芳香性對比圖。

圖3、六種代表性芘異構體的空穴-電子分析、前線軌道組成信息。

圖4、芘異構體以及基于這些芘異構體構筑的熒光分子的吸收、發射、低溫磷光光譜。

圖5、AAE和TPE-AAE分子，基于MOMAP軟件計算的振動分析結果，以及其反卡莎發光本質。

圖6、三個純碳氫熒光分子的瞬態熒光光譜。

圖7、基于純碳氫熒光分子為發光層的OLED結構以及不同摻雜濃度下的器件外量子效率-亮度曲線。

04小結

基于MOMAP軟件理論計算為指導，通過改變芘異構體的稠環方式、芳香性/反芳香性占比實現了純碳氫分子從近紫外到紅外波段的光譜覆蓋；

基于MOMAP的振動分析和光譜模擬，詳細闡明了AAE類分子反卡莎發光的本質，以及純碳氫APD衍生物實現TADF特性的機制；

基于不同芘異構體為母核，構筑了四個抗濃度淬滅的純熒光發光材料，成功制備了紅、綠、藍全彩色OLED，器件最大外量子效率突破9.2%，且非摻雜效率也達到9.1%，為非摻雜純熒光材料的最優值；

本工作報道了首例全碳氫TADF-OLED。

審核編輯：劉清