文章导读
蓝光钙钛矿发光二极管效率长期落后于红绿光器件，全溴体系更因材料稳定性差、缺陷密度高而成为短板。西安交大吴朝新、袁方团队跳出传统配体电子效应思维，发现配体空间构型才是关键：平面化共轭配体FRO凭借均匀π电子离域，实现更全面缺陷钝化，使准二维纯溴蓝光PeLEDs峰值外量子效率从8.20%跃升至15.25%，并在3.6V至8.8V宽电压范围内光谱漂移仅1.07nm。工作首次定量揭示π键弱相互作用可改变分子空间构型，将配体设计拓展至空间构型效应新维度。这一发现能否为钙钛矿光电器件效率突破提供全新路径？
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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/。
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