近日，南京郵電大學有機電子與信息顯示國家重點實驗室黃維院士、解令海教授團隊在有機納米烴（Organic NanoHydroCarbon, ONHCs）大環的設計、格子化合成及其寬帶隙紫外發光領域取得關鍵進展。相關成果以“C-H-activated Csp2-Csp3 diastereoselective gridization enables ultraviolet-emitting stereo-molecular nanohydrocarbons with mulitple H···H interactions”為題發表在Nature Communications（《自然?通訊》）上。魏穎副教授和鐘春曉博士為論文共同第一作者，林進義教授、解令海教授和黃維院士為共同通訊作者。
《自然·通訊》刊發有機電子與信息顯示國家重點實驗室黃維院士團隊解令海教授在有機納米格芳烴設計合成及其紫外發光領域研究進展
柔性紫外發光器件在可穿戴發光、探測、光源、通信、醫療等領域具有重要的應用前景，然而目前能夠實現高效、穩定的紫外發光寬帶隙半導體多為無機類半導體，難以滿足未來消費電子等相關領域的需求。因此，創新分子設計平臺，開展有機超寬帶隙（Eg > 3.6 eV）紫外發光材料的分子創制，對于柔性寬帶隙紫外發光材料與器件的發展具有重要意義。
發展構筑紫外發光分子平臺的難點在于發光基團鏈接過程會導致光譜紅移，特別是對于π-共軛基團而言。例如，眾所周知的調控電子結構的基本方法——給受體（D-A/p-n）策略、稠環化策略、梯形化策略、聚合化策略以及大環化策略等，這些構筑策略均容易導致熒光光譜嚴重紅移，進而導致原本在紫外區發光的構筑單元形成上層次結構后進入可見光發射區域（> 400 nm）。此外，由于稠環芳環結構穩定性導致的缺陷低能長波發光、聚集誘導發光猝滅與紅移行為以及環應變張力導致的發光光譜紅移等問題，使得發展柔性超寬帶隙藍光和紫外光材料面臨前所未有的挑戰。
五類單元格、三角風車格及其有機納米格芳烴具體分子結構圖
在上述背景下，黃維院士、解令海教授團隊在大環化策略的基礎上，提出了納米格子化策略，建立了芴基格子化學及其分子平臺。在該工作中，突破傅克格子化學方法，提出了通過非共軛超位阻化的分子設計策略和C-H鍵活化的非對映選擇格子化方法來獲得具有高非對映選擇性、高發光不對稱因子的紫外發光碳氫納米格子材料。一方面，可利用C-H鍵活化反應中的過渡態釋放環張力并調控其立體構型，以克服傅克格子化難以實現芴分子的2,9位連接的難題并實現碳氫張力納米格子的高非對映選擇性合成；另一方面，可通過在分子骨架上引入sp3碳，利用其非共軛和非平面性克服光譜紅移以及差的成膜性問題，來實現基于碳氫張力納米烴的紫外發光。
基于上述思路發展的碳氫鍵活化格子合成方法，成功合成出了一類特殊的大環，即由純粹碳氫元素組成的分子納米烴(MNHCs，圖一)。借助共軛阻斷抑制了發光光譜紅移，非平面三維立體構型有效抑制了分子間發色團的聚集。最終，不僅實現了紫外發光（發光峰位于356-393 nm）和高發光不對稱因子（|glum|=0.012），而且基于該碳氫納米格的非摻雜有機發光二極管器件（OLED）還獲得了最高4.17%（λEL=386 nm，CIE: 0.17, 0.04）的外量子效率（圖二）。這代表著目前基于純碳氫化合物有機發光二極管器件的最高效率，同時也是大環化合物首次實現在紫外OLED中的應用。這一結果不僅為開發具有紫外發光和圓偏振發光的碳氫張力納米大環材料提供一種可行的途徑，而且也驗證了非共軛超位阻化的分子設計策略用于高效UV OLED發光層材料設計的可行性。
三角風車格類有機納米烴的物質形態、圓偏振發光行為以及UV OLED
該項研究成果獲得了南郵材料科學與工程學院宋娟副教授的指導，華南理工大學王志明教授和婁敬麗博士，南京大學鄭佑軒教授的協助與支持，該研究與俄羅斯科學院克雷斯托夫溶液化學研究所高級研究員Ilya A. Khodov，西北工業大學柔性電子前沿科學中心以及河南省柔性電子產業技術研究院共同合作完成。該研究課題得到國家自然科學基金基礎科學中心項目以及面上與青年項目、有機電子與信息顯示國家重點實驗室主任基金、華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室開放課題等項目的資助。
（撰稿：解令海 初審：賴文勇 編輯：王存宏 審核：張豐）