南京工业大学杭晓春&中石化(北京)化工研究院有限公司徐林等人CEJ:具有窄谱发射的高性能绿色有机发光二极管用铂(II)配合物

一、摘要

有机发光二极管（OLED）难以同时实现高效率、长寿命与高色纯度。本研究设计合成两种新型 Pt (II) 配合物，在配位核心引入二苯并呋喃（dbf）单元，外围引入 2,6 - 二异丙基苯基（dipp）基团，提升结构刚性并抑制分子间相互作用，实现接近 100% 的光致发光量子产率（PLQY）与半高宽（FWHM）≤26 nm 的窄谱绿色发射。所制备的磷光 OLED（PhOLED）最大电流效率（CE）达 94.8 cd A⁻¹，功率效率（PE）为 90.3 lm W⁻¹，在 1000 cd m⁻² 亮度下 LT₉₅寿命达 258 h。荧光材料敏化 OLED（PS-OLED）最大 CE 与 PE 分别达 123.4 cd A⁻¹ 和 133.7 lm W⁻¹，性能优于铱基对比器件。顶发射 PS-OLED 色坐标为 (0.222, 0.748)，BT.2020 色域覆盖率达 90.3%。本研究为高性能绿色 OLED 提供新型窄谱 Pt (II) 荧光材料体系。

二、研究背景

OLED 作为显示与照明核心技术，具备柔性、低功耗、高色饱和度等优势，面向 BT.2020 广色域标准，需要红绿蓝三基色窄谱发射。绿色像素决定视觉亮度，窄谱绿色发射材料是显示技术的关键。磷光 OLED 可利用单重态与三重态激子，铱 (III) 配合物是主流绿色荧光材料，但铂 (II) 配合物研究相对滞后。

现有四齿 Pt (II) 配合物可实现高刚性与窄谱发射，蓝色 Pt (II) 材料进展显著，但绿色窄谱 Pt (II) 荧光材料仍不足。前期研究基于 N - 杂环卡宾（NHC）配体的 Pt (II) 配合物已实现窄谱与高效率，在此基础上引入 dbf 单元提升三重态稳定性，扩展共轭平面并增强结构刚性，有望突破效率、色纯度与寿命的平衡瓶颈，满足高端显示对窄谱、高效、稳定绿色 OLED 的需求。

三、研究内容

本研究在前期 Pt (II) 配合物基础上，将二苯并呋喃（dbf）引入分子骨架，设计合成 PtBF-G1 与 PtBF-G2 两种配合物，在 Pt (II) 配位平面内扩展 π 共轭体系，增强配体中心三重态（³LC）跃迁，提升整体结构刚性。两种配合物在溶液中实现半高宽分别为 26 nm 与 24 nm 的窄谱绿色发射，PLQY 高达 99%。

分别制备磷光 OLED（PhOLED）与荧光材料敏化 OLED（PS-OLED），系统探究结构与光电性能的构效关系。PtBF-G2 基 PhOLED 实现 26.4 nm 窄谱发射，外量子效率（EQE）达 21.7%；PS-OLED 效率显著提升，且大幅延长 MR 荧光材料器件寿命。顶发射器件实现 BT.2020 色域覆盖率超 90%，证实窄谱 Pt (II) 配合物在下一代高性能绿色 OLED 中的应用潜力。

四、结果讨论

1. 分子设计、合成与理论计算

PtBF-G1 与 PtBF-G2 为 5-6-5 元环金属化骨架，配位平面高度平面化。dbf 扩展共轭并降低能级，dipp 提供空间位阻抑制聚集，避免二聚体形成。单晶结构显示 Pt (II) 配位键长 1.97–2.15 Å，内角和接近 360°，保持完美平面构型。DFT 计算表明，HOMO 主要定域于氧联苯铂环，LUMO 离域于整个配体，RMSD 仅 0.09–0.10 Å，结构刚性极强。NTO 分析显示以 dbf 的 ³LC 跃迁为主，混合 ³MLCT 跃迁，稳定三重态激子并减小激发态弛豫。

2. 电化学与光物理性能

循环伏安法测得 HOMO/LUMO 分别为 - 5.41/-2.50 eV 与 - 5.39/-2.44 eV，还原过程可逆，稳定性优异。紫外 - 可见吸收在 307 nm 与 388 nm 出现强吸收，归属于 π–π* 与 MLCT 跃迁。溶液中发射峰 520–523 nm，FWHM=24–26 nm，远窄于原型分子。荧光寿命 4.77–4.79 μs，辐射衰减速率约 2.08×10⁵ s⁻¹。薄膜中保持窄谱特性，与 MR 荧光材料共混实现高效能量传递，PS-G1 薄膜发光效率达 86.1%。

3. 电致发光性能

底发射 PhOLED 中，PtBF-G2 器件最大 CE=94.8 cd A⁻¹、PE=90.3 lm W⁻¹、EQE=21.7%，LT₉₅=258 h，优于铱基对比器件。PS-OLED 利用敏化策略进一步提升性能，PS-G2 最大 CE=123.4 cd A⁻¹、PE=133.7 lm W⁻¹、EQE=25.9%，效率显著高于 Ir 基 PS-OLED，寿命达 191 h，为纯 MR 器件的 34 倍。顶发射 TE-PS-G2 因微腔效应实现更窄发射（FWHM=22.6 nm），CIE=(0.222, 0.748)，BT.2020 覆盖率 90.3%，综合性能优异。

五、总体结论

本研究成功构建两种含 dbf 与 dipp 结构的 Pt (II) 配合物，实现近 100% PLQY 与 FWHM≤26 nm 的窄谱绿色发射。配合物分子刚性高、激子稳定性强，PhOLED 器件实现高效率与长寿命。PS-OLED 通过敏化策略进一步突破效率上限，同时显著提升 MR 器件寿命。顶发射器件满足 BT.2020 超广色域标准，色纯度、效率与稳定性综合性能突出。该类窄谱 Pt (II) 荧光材料为高性能绿色 OLED 提供全新方案，在高端显示领域具备重要应用价值。

六、图文概览

图 1、绿色发射配合物的化学结构

图 2、单晶结构与分子堆积

图 3、PtBF-G1 (a) 与 PtBF-G2 (b) 的计算模拟

图 4、(a) 二氯甲烷溶液中的紫外 - 可见吸收与荧光光谱；77 K 下 2 - 甲基四氢呋喃中的荧光光谱；(b) 溶液瞬态荧光衰减曲线；(c) 蒸镀膜荧光光谱；(d) 蒸镀膜瞬态荧光衰减曲线

图 5、(a) 底发射器件能级图与分子结构；(b-d) 电致发光光谱；(e-g) 电流效率、功率效率、外量子效率 - 亮度曲线图 6、顶发射器件的发射光谱 (a) 与 BT.2020 色域覆盖图 (b)

七、作者信息

作者姓名：

Qinghua Xia, Yong Cao, Yihan Chu, Yang Li, Xuanbo Hu, Jinyu Song, Cong Zhang, Xiao-Chun Hang*, Lin Xu*

通讯作者及单位

Xiao-Chun Hang*

School of Flexible Electronics (Future Technologies), Institute of Advanced Materials, Nanjing Tech University, 30 South Puzhu Road, Nanjing, 211816, China

E-mail:iamxchhang@njtech.edu.cn

Lin Xu*

National Engineering Research Center for Synthesis of Novel Rubber and Plastic Materials, Sinopec (Beijing) Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Beijing, 100013, China

E-mail:xulin.bjhy@sinopec.com

八、论文链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176594

九、版权声明

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