超窄带发光意味着光谱具有更窄的半峰宽（FWHM），这对实现高色纯度的有机发光二极管（OLEDs）具有极其重要的意义。虽然在实际应用中可以通过滤光片等方式来提高器件的色纯度，但这种方法同时带来了能量损失和成本增加的问题。因此，设计合成本征型的超窄带发光材料意义重大。目前许多杂原子掺杂的多环芳烃（PAHs）已经实现了超窄带发光，但是目前已报道最小的半峰宽也只有13 nm。如何进一步降低半峰宽是发展超窄带发光材料的重点和难点。
近日，复旦大学刘云圻院士/陆雪峰团队采用稠合芳烃大环化和嵌入四元环的设计策略，合成了首个嵌入反芳香性四元环的环状稠合芳烃（MF2），实现了超窄带发光，其光谱的半峰宽仅为7 nm，是目前已知最窄的超窄带发光材料。研究团队为了详细研究嵌入反芳香性四元环的作用，分别设计合成了切断四元环的手性单键共轭大环（MS2）及其线性单体（L1）。L1和MS2显示出蓝色荧光，其半峰宽分别为46 nm和47 nm，而通过四元环进行全稠合的MF2的半峰宽显著下降到仅7 nm。并且，相比于L1 和MS2的荧光量子产率（分别为10.66%和10.74%），MF2的荧光量子产率大幅提高到54.05%，这是目前环状稠合芳烃中已知最高的荧光量子产率。
芳香性计算表明，局域反芳香性四元环对环状稠合芳烃的电子结构和分子骨架具有良好的调节功能。基态和激发态的平均键长变化、重组能以及黄昆因子计算表明，MF2具有更加刚性的结构，能够更好地抑制分子的精细结构振动，减弱分子基态和激发态间的结构变化，从而获得了更窄的半峰宽。
在这项工作中，研究团队设计合成首个嵌入反芳香性四元环的环状稠合芳烃，并实现了超窄带发光，从实验和理论计算角度详细研究了反芳香性四元环与超窄带发光之间的关系。环状稠合芳烃在有机发光二极管中展现了巨大的应用潜力，为发展超窄带发光材料提供了一条新颖的设计思路。
论文信息
Four-Membered Ring-Embedded Cycloarene Enabling Anti-Aromaticity and Ultra-Narrowband Emission
Rong Zhang, Zuping Xiong, Dongyue An, Jiangyu Zhu, Yuanhe Gu, Prof. Dr. Haoke Zhang, Prof. Dr. Gang Zhou, Prof. Dr. Yunqi Liu, Prof. Dr. Xuefeng Lu
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202411415
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