为了满足有机发光二极管（OLED）在未来超高清显示领域的重大需求，有机发光材料必须使其发射光谱具有窄的半峰宽（FWHM），以保证高的色纯度。然而，由于有机共轭体系固有的强电子-振动耦合，有机发光材料通常表现出由于振动劈裂精细结构导致的发射光谱展宽。这意味着超高清显示器件需要额外的滤光或光学微腔处理，不仅造成能量损失，还增加了产品制造成本。虽然多共振（MR）热激活延迟荧光（TADF）材料在该领域取得了很大进展，但其在大规模合成、聚集诱导猝灭及器件效率滚降等方面仍面临相当大的挑战。因此，迫切需要理解发射光谱变窄的潜在机制，并开发不同于经典硼/氮分子体系的新型有机发光材料。

为了深入理解有机分子发射光谱窄化的结构-性能关系，娱乐城 杨兵教授研究团队设计了一种基于吲哚并咔唑（IDCz）的分子模型体系，通过逐步化学锁定苯环，精确控制分子的π共轭平面大小。四种模型化合物（DPA-Cz, ID-Cz, 2ID-Cz和3ID-Cz）分别代表逐渐增加的苯环锁定趋势。这一巧妙模型设计便于实验观察分子结构变化对应的发射光谱形状改变。我们发现随着π共轭平面增大，0-1和0-2振动峰均显著抑制，导致发射光谱逐渐变窄趋势。

图1“电荷原子局域”与“电荷平均稀释”效应的在吲哚咔唑类模型化合物中的光谱窄化机理

通过实验测量和理论计算相结合，研究团队揭示了发射光谱窄化的两个关键机制：

1.“电荷原子局域”效应

研究发现，引入氮杂原子后，电子跃迁从传统的π-π*转变为n-π*和π-π*的混合跃迁。n-π*跃迁就像在分子内部安装了“电荷局域器”，将原本集中在苯环上的电荷变化部分分散局域到氮原子上，显著降低了苯环上的电荷改变量，为抑制苯环中C-C键伸缩振动，减弱相应高频振动耦合提供了基础。

2.“电荷平均稀释”效应

随着锁定苯环数量的增加，电子激发时稠环结构中外围苯环上的电荷变化被逐步地稀释和平均化。这与模型化合物们的基态（S₀）和激发态（S₁）之间对应位置的键长变化是相对应的。

图2 吲哚咔唑类模型化合物实验光谱与理论计算分析

本质上，电子跃迁诱导电荷重新分布是导致电子-振动耦合的根源，即电子激发引起分子中电荷重新分布，电荷分布改变又必然造成分子几何结构的变化，且两者之间成正比例关系。一方面，氮杂原子的引入形成了n-π*跃迁，部分取代了纯碳稠环芳烃中单一的π-π*跃迁，导致部分电荷变化局域在氮杂原子上，减轻苯环上电荷变化；另一方面，随着锁定苯环数量的增加，苯环的电荷变化被逐渐稀释和平均化，从而抑制了外围苯环上C-C伸缩的高频振动耦合，对应于实验发射光谱0-1振动精细峰强度的逐渐减弱，最终导致发射光谱逐渐窄化。

总的来说，这项工作直观地展示了基于IDCz模型系统的发射变窄过程，不仅有助于更好地理解发射光谱窄化的本质机制，还为高色纯度发光材料的分子设计提供了指导。

该成果以"Narrowing emission spectra based on indolocarbazole molecular model system: an experimental and theoretical study"为题目发表在Chemical Science上（DOI://doi.org/10.1039/D5SC06069A）。娱乐城 博士研究生吕英博为第一作者，娱乐城 杨兵教授与张诗童副教授为通讯作者。

论文链接：//pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/sc/d5sc06069a