游劲松/宾正杨课题组提出“三维分子相互作用”策略构筑非传统结构OLED电子传输新材料

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有机发光二极管（OLED）凭借其低能耗、高亮度和柔性等优点备受关注。在OLED中，传输材料在决定驱动电压、外量子效率和功率效率等方面均具有至关重要的作用。然而，目前学术界广泛使用的电子传输材料大都存在玻璃态转化温度（Tg）过低的问题，显著影响器件工作稳定性。因此开发具有高Tg值和高电子迁移率（μe）的电子传输材料具有重要的研究和产业化意义。

        四川大学游劲松教授、宾正杨副研究员团队通过对广泛使用的电子传输材料4,7-二苯基-1,10-邻菲啰啉（BPhen）的单晶结构进行深入分析，揭示了其存在较弱的分子间C−H×××p相互作用，可能促使分子滑动而产生聚集现象，最终导致材料较低的Tg值（62 ℃）。据此，课题组提出了“三维分子相互作用”策略来改善材料的Tg值。作者将1,10-邻菲啰啉骨架中的分散的两个氮原子聚集，一方面增强其缺电性，降低最低未占据轨道能级，有利于提高电子的注入效率；另一方面，两个氮原子的孤对电子由向内转变为向外朝向，有利于增强分子间氢键相互作用。因此，作者设计了一类非传统的苯并噌啉结构，并以铑催化的氧化C−H/C−H自偶联反应为关键步骤，成功构筑了以苯并噌啉为母核的新型电子传输材料2,9-二苯基苯并噌啉（DPBZC）。单晶结构显示其存在高度有序的三维分子相互作用，包含二维网状氢键相互作用和一维p-p相互作用。在x-和y-轴方向，DPBZC的氢键长度略短于BPhen的氢键长度，因此DPBZC拥有比BPhen更强的分子间氢键相互作用；在z-轴方向，DPBZC展现出面对面的堆积模式，拥有比BPhen更强的分子间p-p相互作用。因此，高度有序的三维分子相互作用赋予了DPBZC极高的Tg值，其达到218 ℃，远高于BPhen等常用电子传输材料，并且也赋予了其较高的μe值，达到6.4 ′ 10-4 cm2/V s。
       为了进一步探索其在OLED中的应用，作者制备了以DPBZC为电子传输材料的超敏荧光OLED（TSF-OLED），器件测试结果表明基于DPBZC的OLED展现出了优于其他传统电子传输材料的器件性能和稳定性，其最大外量子效率达到了20.1%，最大功率效率为70.6 lm/W。此外，纯薄膜的形貌学稳定性测试同样表明DPBZC相比BPhen具有更好的热稳定性。该工作不仅展示了“三维分子相互作用”策略在设计高性能电子传输材料方面的实用价值，同时再次体现了C−H键活化在构筑结构非传统的OLED材料方面的优势。
       该研究以“Structurally Nontraditional Benzo[c]cinnoline-Based Electron-Transporting Materials with 3D Molecular Interaction Architecture”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition上，四川大学为第一单位，化学学院游劲松教授和宾正杨副研究员为该论文通讯作者，师洋博士为论文的第一作者。特别感谢国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学的经费支持。
       文章链接: https://doi.org/10.1002/anie.202202898


      


         文章来源：四川大学
        游劲松 博士，教授，四川大学化学学院院长、化学实验教学中心主任、有机化学教研室主任，曾担任化学学院教授委员会主任，十二五“863”项目“新型纳米能源材料及器件制备关键技术”首席专家。1998年6月于四川大学化学系有机化学专业获博士学位。此后，分别在台湾中兴大学、德国Rostock有机催化研究所、美国依阿华州立大学（ISU）、美国加州大学尔湾分校（UCI）等进行学习和研究工作。2000年7月晋升为四川大学副教授，2004年5月特聘为四川大学教授。2004年入选教育部新世纪优秀人才资助计划，2005年入选四川省杰出青年学科带头人培养计划，2005年获得四川省青年科技奖，2006年获得四川省突出贡献专家称号，2010年获得国家杰出青年科学基金，2012年享受国务院特殊津贴专家，2013年获得四川省学术和技术带头人称号，2014年入选国家中青年科技创新领军人才，2016年入选国家万人计划科技创新领军人才。
        宾正杨，1991年1月出生于四川省成都市，现为四川大学化学学院副研究员。他致力于OLED新机制、新材料和新器件研究，首次提出了基于惰性金属配位反应的电子注入新机制；采用C–H键活化新策略，发展了一系列具有非传统结构的新型发光材料，突破OLED效率和寿命的瓶颈，为实现OLED核心材料的国产化提供新思路、新方法和新策略。