朱旭辉教授等研发出三苯基膦氧基修饰的高性能/高稳定OLED有机分子电子传输材料

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室朱旭辉教授课题组，设计制备了三苯基膦氧基修饰的有机分子电子传输材料，应用于绿光磷光OLED器件，展现出高效率以及超高稳定性，有助于推动有机膦氧基光电功能材料的应用。

有机发光二极管（Organic light-emitting diodes，简称OLEDs）由于具有自发光、低工作电压、超薄、质轻、可实现柔性屏等优点，引领当前信息显示与照明技术的发展。有机电子传输材料（electron-transport materials, ETMs）是有机OLED器件的基本组成部分，协助电子由阴极注入到发光层，并且避免由发光层与阴极直接接触而引起的发光猝灭。经过三十多年的发展，为了满足OLED器件的应用需求，ETMs应具备以下特性：（1）本征态或经掺杂，具有高电子迁移率（>10⁻⁴ cm² V⁻¹ s⁻¹），有利于降低工作电压，克服磷光OLED器件中潜在的严重三重态激子-极化子湮灭，进而提升器件稳定性；（2）低LUMO能级，促进电子从阴极注入；（3）因受于器件制备技术的限制，OLED显示对于电荷传输材料的玻璃化转变温度（T_g）提出了更严格的要求，约达到120°C以上。但在实际研究中存在两个主要问题。一方面，为了提高电子迁移率，通常，增强分子之间的相互作用，导致其溶解性差，以致纯化困难。而来源于反应原料、中间体或副产物的卤代杂质，即使微量残留，对于OLED稳定性也产生致命影响。另一方面，玻璃化转变温度与电子迁移率之间，亦存在权衡关系。

三芳基膦氧基由于具有刚性、立体化学结构，可方便地应用于构筑非晶态有机功能材料。近期，朱旭辉教授等通过2,6-吡啶亚基，以三苯基膦氧基与2-苯基-4,6-双(4-联苯基)-1,3,5-三嗪单元连接，合成制备了高效稳定的有机电子传输材料BPTRZ-Py-TPO（分子结构见图1），其扭曲的分子结构，有利于提升溶解性以及三重态能级。BPTRZ-Py-TPO易溶于CH₂Cl₂等弱极性溶剂，而难溶于醇类溶剂。因而，微量残留的醇溶性反应中间体3-(6-溴吡啶-2-基)苯基二苯基膦氧，可轻松地使用醇类溶剂去除，避免了卤代杂质对于OLED稳定性的影响。值得指出的是，BPTRZ-Py-TPO表现出优异的综合性能：T_g约为123 ^oC，LUMO能级为–3.06 eV，三重态能级为2.88 eV。经50 wt% Liq掺杂，其电子迁移率约为4.66 × 10⁻⁵–3.21× 10⁻⁴ cm² V⁻¹ s⁻¹ @E = (2–5) × 10⁵ V cm⁻¹，远高于该组之前报道的Phen-NaDPO:Liq。初步OLED表征揭示，以BPTRZ-Py-TPO：50 % wt Liq作为电子传输层的常规底发射与顶发射绿光磷光器件兼具高发光效率与高稳定性，尤其后者显示出色的性能。顶发射器件：在1000 cd m⁻²亮度下，电流效率、功率效率以及外量子效率分别为77.4 cd A⁻¹、86.8 lm W⁻¹与18.7%；在恒电流驱动下，连续工作约640 h，初始亮度1000 cd m⁻²几乎没有衰减（见图1）。

图1 BPTRZ-Py-TPO的化学结构与顶发射绿光磷光OLED器件的亮度衰减曲线。

该研究结果发表于 Sci. China Chem., 2020, 63(7): 904-910. 论文第一作者为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的博士生陈玲玲，通讯作者为朱旭辉教授，以及广州新视界光电科技有限公司邹建华博士。

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作者简介
朱旭辉，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室教授、博士生导师，中国化学会高级会员。先后在安徽大学、南京大学获得学士、硕士、博士学位，曾在德国Martin-Luther- Universät Halle-Wittenberg、法国Universitéd’Angers、复旦大学从事博士后研究。研究兴趣：有机、无机、有机－无机杂化功能材料的设计及其在光电器件中的应用。近来，研发了一系列基于三芳基膦氧/菲咯啉/三嗪单元的高效稳定有机分子电子传输材料，可作为阴极界面修饰层、电子传输层或者叠层器件的连接层而广泛应用于诸如有机发光二极管、有机太阳能电池等多种光电器件。邹建华，博士，研究员，广州新视界光电科技有限公司OLED研发中心主任，从事高性能OLED器件、白光照明、柔性OLED显示屏彩色化实现方案以及喷墨打印OLED器件的技术研究。曾获广东省“特支计划”科技创新青年拔尖人才计划资助，以及广东省科技发明一等奖。