武汉纺织大学李博文和吕永钢AOM综述：OLED用芳酰亚胺/酰胺类热激活延迟荧光受体材料研究新进展

Wiley

2025-12-23

有机发光二极管（OLED）的兴起为显示和照明领域注入了巨大活力。作为OLED发光层的关键组成部分，有机发光材料的分子设计、合成及构效关系是该领域的重要研究方向。热激活延迟荧光（TADF）材料被视为继传统荧光和磷光材料之后的第三代有机发光材料，因其高达100%的激子利用率和无需贵金属的特性而受到广泛关注。其核心设计策略是构建具有电子给体和电子受体的推拉电子体系，通过实现最高占据分子轨道与最低未占分子轨道的有效分离，来减小单重态-三重态能隙（ΔEST），从而实现反系间窜越产生延迟荧光。在众多受体单元中，酰亚胺/酰胺功能化分子以其强吸电子能力、高光致发光量子产率和优异的光电特性，成为一个新兴的明星受体单元。尽管早期基于该类受体的OLED器件效率普遍低于10%，但近年来通过分子结构优化，其OLED器件的外量子效率已经超过30%。因此，酰亚胺/酰胺类受体作为构建高效TADF材料的关键单元，其发展极大推动了OLED性能的提升，值得特别关注。

武汉纺织大学吕永钢教授团队系统综述了芳酰亚胺/酰胺类TADF材料在高效率OLED领域的研究进展。首先以芳酰亚胺基团的环尺寸（包括五元、六元和七元）为依据，介绍了环尺寸对芳酰亚胺基团构型、能级以及相应TADF分子发光性能的影响；其次概括了基于芳酰胺的TADF分子设计策略，并指出目前多数高效芳酰胺类TADF材料采用的骨架为N-R-N-苯基苯酰胺；最后基于分子受体单元的核心结构，针对不同波长区间内具有最高外量子效率纪录的芳酰亚胺/酰胺分子进行了深入的结构分析。

作者们首先聚焦芳酰亚胺核心结构，通过结合密度泛函理论（DFT）计算揭示具有代表性的五元环PHI、六元环NAI及七元环BPI在结构和能级等方面的显著差异，比如，PHI和NAI受体单元近乎平面，而BPI受体则呈现高度扭曲构型；基于三者在几何结构与能级特性，作者从芳香酰亚胺的sp3氮原子和芳香核两个修饰位点出发，系统概述了芳酰亚胺作为受体单元在构筑高效TADF材料中的研究进展。随后总结了芳酰胺类单元作为高效OLED发光材料受体的构建策略，阐述设计的核心在于通过“分子内锁定”策略对N-R-N-苯基苯酰胺基本骨架进行结构刚性化，并以未锁定的BPT、含一个分子内锁的BPC以及含两个分子内锁的FBPC三种受体单元为基础，总结了它们在构筑高效TADF材料方面的进展。最后，深入分析了各类芳香酰亚胺/酰胺基TADF材料的光致发光与电致发光峰值范围，并依据核心结构对材料进行分类，系统探讨了在不同波长区间内高效芳香酰亚胺/酰胺基的结构设计。

此外，作者们还分享了该领域目前的进展及面临的挑战和机遇。比如，芳香环状酰亚胺与酰胺作为TADF材料核心构筑单元，其核心机遇在于：首先，分子结构具有高度的可设计性。通过调整环尺寸（五、六、七元环）和连接不同的芳香核，能够精确调控分子的能级、构型和电荷转移强度，从而实现从蓝光到近红外光的宽谱系、高效率发射，且部分器件外量子效率已超过30%。其次，其sp³杂化氮原子特性有效改善了材料溶解性和固态下的聚集猝灭效应，为开发高性能的非掺杂或溶液加工型OLED器件提供了独特优势，契合未来低成本、柔性化的发展趋势。然而，所面临的挑战在于：材料库多样性不足，限制了性能的进一步突破；材料固有的强π-π堆积倾向易导致荧光猝灭和发光效率下降；器件性能方面存在激子利用不充分、光提取效率不足以及高电流密度下严重的效率滚降问题。因此在未来，克服这些挑战的关键在于创新分子工程策略：集成TADF、RTP等多重发光机制；利用AIE效应和立体阻碍结构抑制猝灭；将此类材料作为敏化剂提升其他发光材料的性能，以共同推动其迈向实际应用。

期刊简介

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。