香港科大教授唐本忠院士团队：苝二酰亚胺取代的三苯乙烯有机发光材料及其性能研究
有机分子半导体材料在有机发光二极管(OLED)，有机场效应晶体管(OFET)和有机光伏(OPV)等先进柔性光电子器件中有着重要的应用。尽管研究人员开发了具有高迁移率和高发光量子效率的分子半导体并用作OFET和OLEDs，但同时具有高电荷迁移率和高发光效率的半导体材料的发展仍然是一个巨大的挑战。
苝二酰亚胺(PDIs)和萘二酰亚胺等亚芳基二酰亚胺由于其原料易得，化学合成简单且易修饰，高电子迁移率和优异的化学/光稳定性等优点，被广泛用于构建OFETs和OPVs等半导体器件。然而，在大多数情况下，它们的大π-骨架和强π-π分子间相互作用会减弱其固态发射。近日，有学者将不同数目的PDI单元连接到三苯基乙烯（TriPE）骨架来解决分子间相互作用对荧光的猝灭问题，从而实现了同时具有高迁移率和强荧光发射的半导体材料。
近日，来自香港科技大学的唐本忠院士和赵征博士以及上海有机化学研究所的高希珂教授 等人在Adv. Funct. Mater.上发布了一篇关于有机分子半导体材料的文章，题为“Rational Design of Perylenediimide-Substituted Triphenylethylene to Electron Transporting Aggregation-Induced Emission Luminogens (AIEgens) with High Mobility and Near-Infrared Emission”。
这篇文章介绍了具有不同数量苝二酰亚胺(PDI)单元的三苯基乙烯的合成过程，并对其光学和电荷输运性能进行了系统的研究。所有的分子均表现出强固态近红外(NIR)发射，其中一些显示出聚集增强的发光特性。TriPE-3PDI表现出最好的性能，30％的最大荧光量子产率和超过0.01cm2 V-1s-1的电子迁移率，这是迄今为止所有报道的具有近红外发射聚集诱导发光体中的最高值。
图1 TriPE-nPDI光学性能表征
(a,c) 紫外光谱；(b,d) 光致发光光谱。
图2 TriPE-nPDIs聚集诱导发光特性表征
(a) TriPE-1PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光谱；
(b) TriPE-2PD在不同正己烷/己烷混合物中的PL光谱；
(c) TriPE-3PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光谱。
(d-f) 在365nm紫外线照射下所对应的荧光照片。
图3 基态(S0)和激发态(S1)的电子结构
(a) TriPE-1PDI和TriPE-2PDI的激发态电子密度分布和能级；
(b) 重整能示意图；
(c) 在S1处的TriPE-1PDI和TriPE-2PDI以及在S0处的TriPE-3PDI的几何构型。
图4 TriPE-nPDI的电子传输性质
(a-b) 基于TriPE-3PDI的OFET器件的输出和转移曲线；
(c-d) 140℃下退火的TriPE-3PDIL的输出和转移曲线。
图5 TriPE-nPDI原始薄膜的AFM图像和XRD衍射图
(a-h) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的AFM图像；
(i-l) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的XRD图谱。
本文介绍了一系列PDI取代的TriPE，并研究了PDI取代对其荧光和电荷传输性质的影响。结果表明，具有更多PDI基元和中等扭曲构象的发光体促进了强发射和电荷转移。 所有合成的分子均具有NIR发射和n沟道电荷输运性质，优化后的电子迁移率超过0.01cm2V-1s-1，最大量子产率为30％。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201705609/full
来源：材料人
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