手性多重共振热激活延迟荧光(CP-MR-TADF)材料由于其可以兼具高色纯度、高发光效率和圆偏振发光(CPL)等性质特点，在制备圆偏振有机电致发光器件(CP-OLED)以实现3D显示中展现出巨大的应用前景。

在所有手性基团中，手性联萘酚和手性八氢萘酚单元由于来源丰富且构型稳定，已广泛用于构建CP-TADF结构。然而，含有联萘酚和八氢联萘酚单元的CP-TADF结构大多数都采用手性微扰策略构建，手性源的在前线分子轨道中分布很少，材料的CPL性能并不令人满意。

为了解决这一问题，化学化工学院郑佑轩课题组在之前的工作中提出了一种空间位阻辅助的双核策略来合成CP-MR-TADF材料，从而使手性八氢联萘酚单元可以参与到前线轨道分布中，提高了材料的CPL 性能(Adv. Mater., 2022, 34, 2204253)。但是由于八氢联萘酚基团在前线轨道分布中的占比不够高，CPL发光强度较弱，不对称因子（g）也仅为1.0×10^-3。与手性八氢联萘酚单元相比，[1,1’-联二苯并[b,d]呋喃]-2,2’-二醇分子更加扭曲，具有更多的分子内基团重叠，空间位阻大，有利于实现更好的CPL性能。因此，预计通过将该手性单元与MR-TADF单元相结合，可以得到具有更优良CPL性能的CP-MR-TADF材料并制备CP-OLED器件。

图1. CP-MR-TADF分子的设计策略

以共轭扩展的手性[1,1’-联二苯并[b,d]呋喃]-2,2’-二醇和[1,1’-联二苯并[b,d]噻吩]-2,2’-二醇为手性源，设计并合成了两对新型轴手性CP-MR-TADF对映体(R/S)-BDBF-BNO和(R/S)-BDBT-BNO(图1)。由于硼原子直接与[1,1’-联二苯并[b,d]呋喃]-2,2’-二醇/[1,1’-联二苯并[b,d]噻吩]-2,2’-二醇基团连接，整个手性单元有效地了参与电子云分布。对于BDBF-BNO，[1,1’-联二苯并[b,d]呋喃]-2,2’-二醇分别占最高占据和最低未占据的自然跃迁轨道（HONTO和LUNTO）分布的25.3%和64.7%。而对于BDBT-BNO，[1,1’-联二苯并[b,d]噻吩]-2,2’-二醇分别占HONTO、HONTO-1和LUNTO、LUNTO+1分布的22.8%、24.3%和54.0%、46.9%。手性基团在电子云分布中的占比明显提高，使R/S-BDBF-BNO和R/S-BDBT-BNO在甲苯溶液中具有镜像对称的CPL光谱，|g_PL|因子分别为1.4×10^-3和1.7×10^-3。此外，进一步引入硫原子，利用其重原子效应提高自旋轨道耦合矩阵元，加快反系间跃迁速率，从而提高材料的发光效率。

图2. (a) 甲苯溶液中(R/S)-BDBF-BNO和(R/S)-BDBT-BNO的CD光谱；理论计算的(b) (S)-BDBF-BNO和(c) (S)-BDBT-BNO的S₁态的跃迁电偶极矩(红色箭头)、磁偶极矩(蓝色箭头)和夹角；(d) (S)-BDBF-BNO和(e) (S)-BDBT-BNO的TEDM和TMDM密度分布；(f) 甲苯溶液中(R/S)-BDBF-BNO和(R/S)-BDBT-BNO的CPL光谱。

最终，基于BDBF-BNO制备的OLED器件D1的最大外量子效率（EQE_max）达到32.1%，而基于BDBT-BNO的OLED器件D2显示出更好的性能，EQE_max达到35.7%。更重要的是，基于两对对映体的CP-OLED器件表现出明显的CPEL特性，|g_EL|因子分别为 1.5/1.6×10^-3。研究结果证明了增加手性基团的共轭可以有效提高CP-MR-TADF材料的圆偏振发光性能，为后续设计高g因子的CP-MR-TADF材料提供了一定的参考和借鉴。

图3. (a) D1和D2的OLED性能：(a) 材料能级图和器件结构; (b) 掺杂膜中材料的角度依赖性光致发光光谱特性曲线; (c) 器件的EL光谱和CIE坐标; (d) EQE -亮度-电流效率曲线; (e) 亮度-电压-电流密度曲线; (f) R/S-D1和R/S-D2的CPEL光谱。

该工作发表在Adv. Funct. Mater. (2024, DOI: 10.1002/adfm.202403803)上，博士研究生袁丽和杨逸钒为论文共同第一作者，晏志平博士为材料的理论计算做出了贡献，郑佑轩教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金项目92256304、U23A20593、22105084的大力支持！