来源：南京邮电大学
近日，南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、解令海教授团队在有机纳米烃（Organic NanoHydroCarbon, ONHCs）设计、格子化合成及其宽带隙紫外发光领域取得关键进展。相关成果以“C-H-activated Csp2-Csp3 diastereoselective gridization enables ultraviolet-emitting stereo-molecular nanohydrocarbons with mulitple H···H interactions”为题发表在Nature Communications（《自然▪通讯》）上。魏颖副教授和钟春晓博士为论文共同第一作者，林进义教授、解令海教授和黄维院士为共同通讯作者。
化学科学研究不仅为科技创新提供源动力而且为文化价值塑造提供关键素材，进而多维度改变人类生产与生活方式。据化学物质监管的权威机构美国化学会化学文摘社CAS REGISTRY（即 CAS 物质合集）统计，目前人类已知超过2.74亿种物质，包括1.95 亿有机和无机物质。因此，从元素周期表出发，组合元素构筑创生有机分子物质结构极具挑战，同时对打造原始创新分子平台推动以柔性电子材料与技术为代表未来科技研究具有基础性与源头性的角色与意义。
如何发展兼具类无机半导体光电特性与有机半导体轻薄柔透优势的柔性电子材料是柔性电子技术的核心挑战。其中，创新聚集了宽带隙、柔性以及稳定性等难题的紫外发射柔性半导体材料成为重要研究方向之一。因此，探索有机超宽带隙（Eg > 3.6 eV）紫外发光材料的分子创制，对于柔性宽带隙紫外发光材料与器件的发展具有重要意义。受启于《大学》三纲八目之首格物，在2014年提出分子纳米格芴概念基础上，最近，在芴结构直接连接方法方面实现突破，进而论证了全新的纯碳氢格芴在紫外发光材料领域的潜在优势，也为打造新概念有机柔性电子材料提供原创分子平台。
众所周知的调控电子结构的基本方法——给受体（D-A/p-n）策略、稠环化策略、梯形化策略、聚合化策略以及大环化策略等，这些构筑策略均容易导致荧光光谱严重红移，进而导致原本在紫外区发光的构筑单元形成上层次结构后进入可见光发射区域（> 400 nm）。此外，由于稠环芳环结构稳定性导致的缺陷低能长波发光、聚集诱导发光猝灭与红移行为以及环应变张力导致的发光光谱红移等问题，使得发展柔性超宽带隙蓝光和紫外光材料面临前所未有的挑战。
五类单元格、三角风车格及其有机纳米格芳烃具体分子结构图
借助直接阻断连接模式打破了这一局面。在该工作中，突破傅克格子化学方法，提出了通过非共轭超位阻化的分子设计策略和C-H键活化的非对映选择格子化方法来获得具有高非对映选择性、高发光不对称因子的紫外发光碳氢纳米格子材料。基于上述思路发展的碳氢键活化格子合成方法，成功合成出了一类特殊的大环，即由纯粹碳氢元素组成的分子纳米烃(MNHCs，图一)。
借助共轭阻断抑制了发光光谱红移，非平面三维立体构型有效抑制了分子间发色团的聚集。最终，不仅实现了紫外发光（发光峰位于356-393 nm）和高发光不对称因子（|glum|=0.012），而且基于该碳氢纳米格的非掺杂有机发光二极管器件（OLED）还获得了最高4.17%（λEL=386 nm，CIE: 0.17, 0.04）的外量子效率（图二）。
这代表着目前基于纯碳氢化合物有机发光二极管器件的最高效率，同时也是大环化合物首次实现在紫外OLED中的应用。这一结果不仅为开发具有紫外发光和圆偏振发光的碳氢张力纳米大环材料提供一种可行的途径，而且也验证了非共轭超位阻化的分子设计策略用于高效UV OLED发光层材料设计的可行性。
三角风车格类有机纳米烃的物质形态、圆偏振发光行为以及UV OLED
该工作为发展低成本、大面积与柔性先进紫外发光材料提供了新思路，成为分子集成技术变革分子结构创制新化学物质的典型案例。作为新生的最小格芴分子家族成员，经过系统探索必将衍生出一类具有商业化前景的有机柔性紫外发光材料，经过相关器件进一步研发将在可穿戴发光、探测、光源、通信、医疗等相关领域具有广阔的应用前景。未来，格芴将不断叠加中华民族文化智慧、党的期待以及科技创新于一体，影响未来合成化学、显示技术、智能代理、物联网以及人工智能机器人化学家与跨尺度化学超循环进化的范式。
该项研究成果获得了南邮材料科学与工程学院宋娟副教授的指导，华南理工大学王志明教授和娄敬丽博士，南京大学郑佑轩教授的协助与支持，该研究与俄罗斯科学院克雷斯托夫溶液化学研究所高级研究员Ilya A. Khodov，西北工业大学柔性电子前沿科学中心以及河南省柔性电子产业技术研究院共同合作完成。该研究课题得到国家自然科学基金基础科学中心项目以及面上与青年项目、有机电子与信息显示国家重点实验室主任基金、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室开放课题等项目的资助。
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