卤化物钙钛矿凭借优异的光电性能和溶液加工潜力,正成为下一代显示与照明技术的强力候选者。然而,在钙钛矿发光二极管(PeLEDs)的“三原色”拼图中,蓝光器件始终是短板。尤其是全溴体系蓝光PeLEDs,受限于材料稳定性差、缺陷密度高和相分布不均等,其外量子效率(EQE)长期难以与红光、绿光器件比肩。有机配体工程被认为是提升蓝光PeLEDs性能的关键路径,但绝大多数研究聚焦于配体的电子效应(如取代基调控)或配位效应(如多杂原子协同),而配体自身的空间构型如何影响钙钛矿结晶、缺陷钝化和载流子行为,却鲜有系统探讨。
针对这一盲区,西安交通大学吴朝新、袁方团队设计并合成了两种化学组成几乎相同、但空间构型截然不同的共轭配体:苯甲酮肟(BPO)和9‑芴酮肟(FRO)。BPO的两个苯环因位阻排斥而呈扭转构象,二面角达70.16°;而FRO的两个苯环被单键桥连,形成刚性平面结构。研究发现,FRO的平面化构型显著增强了π电子离域,使其与钙钛矿晶格之间的弱相互作用更为均匀、紧密。密度泛函理论(DFT)计算揭示了一个有趣的补偿效应:BPO因扭转结构导致电子局域化,其偶极矩较大,虽然强化了N-Pb配位键,但仅有一个苯环能有效参与π‑钙钛矿作用;而FRO虽偶极矩较小,但平面共轭使得两个苯环同时提供多个吸附位点,弥补了配位键的减弱,最终实现更全面的缺陷钝化和相分布优化。实验结果表明,基于FRO掺杂的准二维全溴蓝光PeLEDs,发射峰位于487 nm,峰值EQE达到15.25%,远优于原始器件的8.20%和BPO基器件的11.06%。同时,该器件在3.6 V至8.8 V宽电压范围内光谱漂移仅1.07 nm,工作寿命也显著延长。尤为关键的是,DFT计算表明,BPO分子吸附于钙钛矿表面后,其苯环二面角减小了11.35°。这一直接的、定量化的证据,首次明确证实了π键弱相互作用足以改变分子空间构型,不可忽略。该工作不仅将配体设计从“电子效应”拓展至“空间构型效应”新维度,也揭示了通过调控配体平面性来协同提升效率与稳定性的可行路径,为钙钛矿光电器件的分子工程提供了新的认知维度和实践范例。

该工作以“具有离域π电子的平面化共轭配体用于纯溴蓝光钙钛矿发光二极管”(Planarizing Conjugated Ligands with Delocalized π Electrons for All-Bromine Blue Perovskite Light‑Emitting Diodes)为题,近期发表于国际顶级期刊《美国化学学会能源快报》(ACS Energy Letters 2026;影响因子17.5)。课题组博士生贺帅旗为第一作者,袁方副教授和吴朝新教授为共同通讯作者。西安交通大学为第一作者单位和通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金(12374381, 12474409, 62275213)、陕西省自然科学基础研究计划(2025JC-JCQN-076)的资助,论文测试表征得到了西安交通大学大型仪器设备共享测试中心支持。吴朝新教授团队长期从事新型半导体材料的“电-光”与“光-电”物理机制及其器件应用如发光二极管、太阳能电池、光电探测器等方面研究。
论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.6c01672;
袁方副教授个人主页:http://gr.xjtu.edu.cn/web/yuanf121;
吴朝新教授个人主页:http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn/。