纯有机热活化延迟荧光（TADF）材料兼具高效率和低成本优势，被视为继磷光材料后的新一代发光体。其中，多重共振型TADF（MR-TADF）材料凭借刚性骨架和较低的结构弛豫，展现出优良的窄谱带发射特性，在高清显示领域潜力巨大。然而，基于此类材料的有机发光二极管（OLED）普遍存在高亮度下效率急剧下降（效率滚降）的问题。其根源在于MR-TADF材料通常具有较慢的反向系间窜跃速率（k_RISC，约10³–10⁵ s^-1），导致高电流密度下三重态激子无法被有效利用，易发生湮灭。

提升k_RISC是解决该问题的关键。依据费米黄金定则，k_RISC与单重态-三重态能隙（ΔE_ST）负相关，与单、三重态轨道间的自旋轨道耦合（SOC）强度正相关。因此，减小ΔE_ST或增强SOC均有助于提高k_RISC。为此，研究团队巧妙利用重原子效应（Heavy-atom effect, HAE），将重原子硒（Se）嵌入具有MR-TADF特性的硼氮杂稠环骨架中，成功合成了两种窄谱带绿光材料：含单硒原子的BNSSe和双硒原子的BNSeSe。作为对照，该团队还合成了将杂原子替换为氧（O）或硫（S）的类似物2PXZBN和2PTZBN。

图1 分子设计。

理论计算揭示，硒原子的引入显著增强了材料单重态与三重态轨道间的耦合作用。光物理性质测定显示，随着杂原子从氧（2PXZBN）替换为硫（2PTZBN）、单硒（BNSSe）到双硒（BNSeSe），材料的吸收和发射光谱基本保持不变，但延迟荧光寿命逐渐缩短，光致发光量子产率（PLQY）依次提高。尤为重要的是，BNSeSe的k_RISC提升至 2.0 × 10⁶ s^-1，远高于含氧和硫的对比材料（2PXZBN: 4.3 × 10⁴ s^-1, 2PTZBN: 1.9 × 10⁵ s^-1）。

图2. 光物理性质。

团队随后以2PXZBN、2PTZBN、BNSSe和BNSeSe为发光客体，分别制备了OLED器件（A、B、C、D）。其中，采用BNSeSe的器件D展现出最佳性能：其最高外量子效率（EQE_max）达36.8%，且效率滚降极低。在1000 cd m^-2亮度下，EQE维持在34%；即使在10,000 cd m^-2超高亮度下，EQE仍高达21.9%。这一性能可与基于铱、铂等贵金属磷光材料的器件相媲美。

图3 OLED器件性能。

研究进一步选取了另外两种窄谱带MR-TADF材料（BN3与DtCzB-DPTRZ）作为发光客体，并将BNSeSe作为敏化剂，制备了相应的超荧光（hyperfluorescent, HF）OLED器件E和G。结果表明：优化后的HF器件（E和G）性能优异，其EQE_max分别高达40.5%和39.6%；在1000 cd m^-2下，EQE分别为32.4%和34.5%；在10,000 cd m^-2下，仍分别高达23.3%和24.3%。器件E的峰值功率效率（PE_max）超过200 lm W^-1，最大亮度接近200,000 cd m^-2。相比之下，未使用敏化剂的对照组器件（F和H）性能显著下降：EQE_max较低，且效率滚降严重，在1000 cd m^-2时EQE分别仅为11.9%和6.8%。这充分证明了BNSeSe作为敏化剂的优越性。

图4 超荧光OLED器件性能。

该研究创新性地将重原子硒嵌入硼氮杂稠环骨架，成功合成了新型多重共振型TADF材料，并深入探索了重原子效应与MR-TADF性能间的构效关系。所开发的含硒材料（尤其是BNSeSe）无论是作为发光客体抑或敏化剂，均可实现高性能OLED器件。该策略有效解决了MR-TADF OLED在高亮度下效率滚降严重的关键瓶颈，为未来高清显示应用提供了极具前景的解决方案。

标题：Efficient selenium-integrated TADF OLEDs with reduced roll-off

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01083-y