【原】【Angew】中科院陈传峰/吕海燕团队：基于多发射对应异构体的高性能白色圆偏振发光材料

研究背景及出发点

白色圆偏振发光(WCPL)在固态照明、信息存储、加密防伪、光学传感等领域具有广泛的应用前景。近年来，通过将多种手性发光材料的光谱互补来实现白色圆偏振光致发光 (WCPPL)和白色圆偏振电致发光(WCPEL)的研究逐渐增多。然而，这种方法通常面临自吸收、材料比例难控制等问题。单分子WCPL策略可以克服这些问题，并简化材料制备过程。然而，实现单分子多发射WCPL仍然是一个巨大的挑战。

成果概述

中科院陈传峰、吕海燕团队设计合成了一对多发射对映体(R)-DO-PSeZ和(S)-DO-PSeZ，通过将硒诱导的构象异构给体与手性羰基受体整合到单一分子框架中，实现了白色圆偏振发光。该对映体在溶液和薄膜中均表现出白光发射，CIE坐标分别为(0.39, 0.35)和(0.33, 0.34)。掺杂薄膜的光致发光量子产率高达42%，并伴随镜像白色圆偏振光致发光信号，g值为 2.6×10^-3。此外，该对映体在有机发光二极管(OLED)中也显示出 WCPEL，CIE 坐标为(0.29, 0.33)，最大外量子效率(EQE_max)为3.1%。这是首次报道的单分子多发射WCPL材料，也是基于具有磷光性质单分子有机材料的白光OLED中最高性能。进一步利用双层胆甾相液晶的布拉格反射，该对映体实现了g值分别为1.85和1.88的WCPPL和WCPEL，创下了迄今为止报道的最高值。

图文解析

1. 分子设计与合成
研究团队通过将硒诱导的构象异构供体与手性羰基受体整合到单一分子框架中，设计合成了一对多发射对映体(R)-DO-PSeZ 和(S)-DO-PSeZ (图 1a)。该对映体在溶液和薄膜中均表现出白光发射，CIE坐标分别为(0.39, 0.35)和(0.33, 0.34)。

图1. a)对映体的分子结构及放大WCPPL和WCPEL的g值的通用策略示意图。b)对映体的多发射机制。（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

2. 光物理性质
对映体在溶液和薄膜中表现出多发射带，分别对应于不同的构象异构体。通过理论计算和实验验证，研究团队确认了这些构象异构体的存在及其对应的磷光性质。

图2. a) (S)-DO-PSeZ 在氯仿中的吸收光谱以及在室温下(S)-DO-PSeZ 在氯仿和薄膜态下的归一化发射光谱(激发波长：350 nm)。b) (S)-DO-PSeZ 在5 wt%掺杂薄膜中的瞬态光致发光衰减光谱，峰值分别为675 nm、567 nm 和444 nm。c) (S)-DO-PSeZ在溶液和掺杂薄膜中的 CIE 坐标。d) DO-PSeZ-B 的单晶结构。e) 晶体 DO-PSeZ-B在室温下350 nm激发下的发射光谱；插图：晶体 DO-PSeZ-B 的照片。f) DO-PSeZ-B的瞬态光致发光衰减光谱。g) DO-PSeZ-Y的单晶结构。h) 晶体DO-PSeZ-Y在室温下350 nm激发下的发射光谱；插图：晶体DO-PSeZ-Y的照片。i) DO-PSeZ-Y的瞬态光致发光衰减光谱。（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

3. 圆偏振发光性能
对映体在薄膜中显示高光致发光量子产率(42%)和镜像圆偏振光致发光信号(g值为 2.6×10^-3)。通过双层胆甾相液晶的布拉格反射，WCPPL 的g值进一步提高到1.85，为已报道的最高值。

图3. a)(R)-/(S)-DO-PSeZ在室温下稀甲苯溶液中的圆二色光谱(CD)。b)(R)-/(S)-DO-PSeZ在室温下5 wt%PPT掺杂薄膜中的圆偏振发光(CPL)光谱。c)由5%(rac)-DO-PSeZ-(RFSY/RFSB)和5% (rac)-DO-PSeZ-(RFRY/RFRB)组成的三层结构在室温下的CPL光谱。（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

4. 电致发光性能
对映体在OLED中表现出白光色圆偏振电致发光，CIE坐标为(0.29, 0.33)，最大外量子效率为3.1%。研究团队进一步通过双层胆甾相液晶的布拉格反射，WCPEL的g值进一步提高到 1.88，创下了迄今为止报道的最高值。

图4. a)白色OLED器件的能量图。b)器件W2和W3的EQE-亮度特性。c)器件W2和W3的电致发光(EL)光谱。d)器件W1、W2和W3的CIE坐标。e)器件WR3和WS3的圆偏振电致发光(CPEL)光谱及gEL随波长的变化曲线。f)由W3-(RFSY/RFSB)和W3-(RFRY/RFRB)组成的三层结构的CPEL 光谱及gEL随波长的变化曲线。（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

总结

中科院陈传峰、吕海燕团队通过将硒诱导的构象异构给体与手性羰基受体有机结合到单一分子框架中，成功设计合成了一对多发射对映体(R)-DO-PSeZ 和(S)-DO-PSeZ。发现该对映体在溶液和薄膜中均表现出白光发射，并显示高光致发光量子产率和镜像圆偏振发光信号。进一步研究表明该对映体在OLED 中也表现出白光色圆偏振电致发光性质。该项研究为单分子多发射材料的设计和构建提供了有效策略，同时也为高性能WCPL 的发展提供了新的视角。

鸣谢

感谢国家自然科学基金委(92256304, 22371277)和科技部(2022YFA1204401)的基金资助。

论文信息

High-Performance White Circularly Polarized Photoluminescence and Electroluminescence from Multi-Emission Enantiomers
Pei Zhao, Wei-Chen Guo, Hai-Yan Lu, and Chuan-Feng Chen
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202424918

陈传峰课题组简介

陈传峰研究员团队近年来主要从事基于新型大环芳烃的超分子化学、超分子发光材料、圆偏振发光材料与器件、螺烯化学等相关研究工作。目前已在包括 Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Sci. Adv., CCS Chem.等杂志上发表论文 350 余篇，撰写中英文著作 3 本，授权中国发明专利 30 余项。近年来课题组承担国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、分子科学国家研究中心等资助的多个科研项目。