南京邮电大学黄维院士、赵强教授课题组: 通过配体调控紫精取代铱配合物的电致发光变色行为及其在信息显示和加密器件中的应用

导语

随着社会的快速发展和电子显示设备的不断更新换代，新型信息显示与保密材料获得了极大关注。电致发光变色（electroluminochromism）材料是一种新兴的电驱动发光响应材料，在电场刺激下，材料的光致发光特性发生显著可逆变化，为其在多功能光电器件方面的应用提供了新思路。目前电致发光变色材料的电刺激响应行为多集中于发光强度的变化，而在其它光学维度（如发射波长、寿命）的响应鲜有研究。近日，南京邮电大学黄维院士、赵强教授团队通过分子结构的细微修饰，精准调控分子能级，实现了一系列含紫精结构铱配合物的电致变色响应，并巧妙通过电刺激对铱配合物激发态的调控将电致发光变色响应行为拓展到发光强度、波长、寿命多个光学维度，相关研究成果发表在Adv. Mater., 2021,（DOI: 10.1002/adma.202107013）。

黄维院士简介

黄维院士，有机电子学与柔性电子学专家。中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士、国家重点研发计划项目首席科学家。黄维院士是国际上最早从事聚合物发光二极管显示研究并长期活跃在有机光电子学、柔性电子学领域的知名学者之一。从九十年代初开始致力于跨物理、化学、材料、电子、信息和生命等多个学科、交叉融合发展起来的有机光电子学、柔性电子学等国际前沿学科研究。在构建有机光电子、柔性电子学科的理论体系框架、实现有机与柔性半导体的高性能化与多功能化、推进科技成果转化与战略性新兴产业方面做了大量富有开拓性、创新性和系统性的研究工作。研究成果发表在Nature、Science、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Materials等国内外顶级期刊，出版了《有机电子学》、《生物光电子学》等学术专著，曾获国家自然科学奖二等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、教育部自然科学奖一等奖、江苏省科学技术奖一等奖等科技奖励，入选“中国高等学校十大科技进展”等。

赵强教授简介

赵强教授，南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院院长，有机电子与信息显示国家重点实验室教授、博士生导师。长期致力于有机与柔性电子领域的研究，重点围绕高性能与智能响应型有机与柔性半导体的结构设计、性能调控及其光电应用开展了系统性和创新性的研究工作。在国内外著名期刊发表高质量论文100余篇，研究成果多次被Nature、Nature Asia、Chemical & Engineering News、Phys. org、Science Daily、英国卫报等作为研究亮点进行专题报道，获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、江苏省科学技术奖一等奖、江苏省青年科技杰出贡献奖等多项科技奖励。

前沿科研成果

通过配体调控紫精取代铱配合物的电致发光变色行为

一、多维度电致发光变色行为调控

1. “开-关型”电致发光变色。配合物1-3中，中性联吡啶配体上的紫精单元作为电子受体，猝灭配合物的发光。配合物被电刺激还原后，发光开启。这类铱配合物对电刺激表现出可逆的“开-关”发光响应。通过环金属配体的修饰，可以很容易地调节开启后的发光颜色。

图1：a）配合物1-3的结构及对电刺激的结构响应；b）可逆的电刺激发光响应

（来源：Adv. Mater.）

2. “波长响应型”电致发光变色。配合物4-6中，紫精单元修饰在带负电荷的环金属配体上。电刺激显著改变了紫精取代基的推拉电子效应，促使配合物在两种不同的发射激发态之间可逆转换，实现配合物发光在波长以及寿命上的响应。

图2：a）配合物4-6的结构及对电刺激的结构响应；b）可逆的电刺激发光响应；c）配合物5d对还原剂的寿命响应；d）配合物5的电刺激寿命响应

（来源：Adv. Mater.）

二、电致发光变色配合物在信息显示及保密器件中的应用

借助以上电致发光变色行为的精确操纵，作者实现了材料在信息显示及保密器件中的应用。分别借助两类不同电致发光变色行为，设计了开关型和变色型信息显示器件。

图3：a）开关型信息显示器件展示；b）变色型显示器件展示

（来源：Adv. Mater.）

为了展示两类电致发光变色行为在信息保密器件中的应用，本课题组进一步设计了开关型配合物7，通过引入共轭结构，将发光开启后的波长调控到人眼无法识别的近红外区，由此借助近红外相机实现了信息的读取。

图4：a）铱配合物7的结构；b）肉眼无法识别的近红外区域的发光强度变化；c）近红外相机信息解密

（来源：Adv. Mater.）

配合物5在电刺激前后发光颜色几乎不变，而寿命出现显著变化，可用于时间分辨光学信息保密，借助寿命成像系统实现信息读取。

图5：a）肉眼无法观察电刺激下发光寿命的变化；b）时间门成像技术读取信息；c）寿命成像技术读取信息

（来源：Adv. Mater.）

总结：

该工作系统全面地通过分子结构调控，实现了电致发光变色材料的多维度发光响应，有望为电致发光变色材料的发展和应用开辟新的方向。该工作以“Manipulating Electroluminochromism Behavior of Viologen-Substituted Iridium(III) Complexes through Ligand Engineering for Information Display and Encryption”为题发表在Adv. Mater.（DOI: 10.1002/adma.202107013）上，第一作者为南京邮电大学博士生王雪城，通讯作者为黄维院士、赵强教授、张寅教授（论文作者：Xuecheng Wang, Jianru Kuang, Pengcheng Wu, Zheng Zong, Zixian Li, Hao Wang, Jinlu Li, Peiling Dai, Kenneth Yin Zhang,* Shujuan Liu, Wei Huang,* and Qiang Zhao*）。

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