利用电致激基复合物大幅提升有机发光二极管蓝光发光效率，武汉大学李振教授和华南理工马东阁教授新进展

近日，李振教授课题组与马东阁教授课题组合作，开发出了一种极具吸引力的有机小分子。利用其与器件电荷传输层间产生的电致激基复合物，实现了有机发光二极管蓝光发光效率的极大提升。相关成果以“Utilizing Electroplex Emission to Achieve External Quantum Efficiency up to 18.1% in Non-doped Blue OLED”为题发表于Research上(Research, 2020, 8649102, DOI: 10.34133/2020/8649102)。

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研究背景

有机电致发光器件（OLEDs）具有效率高、功耗低、可柔性等优点，近年来随着其器件稳定性和工艺制程的发展，已经可以使其满足在电视屏幕，特别是小屏手机屏幕上的应用。但其进一步在大屏化、高亮度照明等方面的发展仍然面临一些技术难题，特别是蓝光器件效率相比红光、绿光器件效率低，限制了器件整体的发光效率和使用寿命。

科学家们通过使用含重金属（如Os、Pt、Ir）的磷光发光材料和热致延迟荧光（TADF）材料可以有效提高器件效率，但由于蓝光材料对于能隙的要求，高效率蓝光材料依然缺乏，开发具有高效率的新型蓝光发光材料依旧是一大难题。李振教授团队前期开展了大量的工作，结合唐本忠院士提出的聚集诱导发光（AIE）概念和调节分子共轭程度的策略，设计了一系列具有高效率深蓝光发射的AIE发光材料。

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研究现状

电荷激基复合物通常产生于有机异质结界面之间，但有机发光二极管中的电荷激基复合物在增强发光效率的同时会导致发射光谱的红移，多应用于白光器件。近日，李振教授团队探索了采用电荷激基复合物提高蓝光有机发光二极管器件效率的可能性（图1）。

图1  利用电致激基复合物实现高效率蓝光发射的构想图

该团队开发了一类含咔唑和氰基的多取代型扭曲分子（图2），研究表明分子具有超过500度Td热分解温度的稳定性，并表现出预期的蓝光发射。得益于分子内电荷转移和聚集荧光增强效应的作用，3Cz-Ph-CN和3Ph-Cz-CN分别表现出90.1%和65.9%的溶液荧光量子效率。

图2 （a）3Cz-Ph-CN, （b）3Cz-mPh-CN, 和 （c）3Ph-Cz-CN 的分子结构和理论计算能级

通过与华南理工大学马东阁教授开展合作，作者进行了大量的器件表征工作。值得注意的是，由于在发光层和电荷传输层间电致激基复合物的作用，基于材料3Ph-Cz-CN的非掺杂有机发光二极管表现出高达18.1%的外量子效率（图3）。

图3  基于3Ph-Cz-CN 分子的有机发光二极管器件性能表征

尽管本文中三个分子具有类似的分子结构和相近的能级结构，但是仅发现基于3Ph-Cz-CN的器件表现出了预期的电致激基复合物，且器件结构对于界面层间的电致激基复合物产生有很大影响。

作者同时发现，以 3Ph-Cz-CN为主体材料，掺杂有10%含量的PO-01橙光器件（图4）表现出低的启亮电压（2.8 V），最大电流效率和最大外量子效率分别高达84.6 cd A-1和27.4%。器件具有高的稳定性，在发光亮度为1000 cd m-2 时，外量子效率可维持在22%。

图4  3Ph-Cz-CN 作为橙光主体的有机发光二极管器件性能表征

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未来展望

本工作通过在具有深蓝光荧光发射的有机小分子中，引入可产生电致激基复合物的结构单元，实现了利用电致激基复合物极大提高有机蓝光器件发光效率的可能性，无疑为高效率蓝光器件的设计提供了新的思路。

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作者简介

李振，武汉大学教授，博士生导师。国家杰出青年基金获得者、科技部创新领军人才入选者、万人计划科技创新领军人才计划入选者、英国皇家化学会会士。主要从事有机、高分子光电功能材料的研究，研究对象主要为有机共轭体系和功能高分子，研究范围涉及二阶非线性光学、有机室温磷光、力致发光、聚集诱导发光、传感器、太阳能电池、磁性纳米材料等。至今已发表SCI论文200余篇，被他人引用12 000余次，h指数为66。《有机化学》、《化学学报》、《ACS Omega》、《Polymer Bulletin》、《Chinese Journal of Polymer Science》、《中国科学-化学》、《Materials Chemistry Frontiers》编委。

马东阁，华南理工大学教授、博士生导师，中科院“百人计划”、国家杰出青年基金获得者、 新世纪百千万人才工程国家级人选、科技部创新人才推进计划重点领域创新团队负责人。多年从事半导体光电子器件与器件物理的研究工作，发明了有机异质结电荷产生与注入技术，解决了电极界面带来的不稳定性和通常叠层器件功率效率不能提高的国际难题，提出了“主客体协同发光”新的物理机制，开发出了荧光灯效率的白光OLED。承担“863”、国家重大科研仪器研制、国家基金委重大国际合作等项目20余项。2007年获吉林省科学技术进步一等奖，2009年获国家自然科学奖二等奖，2011年获吉林省自然科学学术成果奖一等奖，2012年吉林省科学技术进步一等奖、吉林省青年科技奖。发表SCI论文400余篇，被他人引用14000余次，发明专利20余项 。

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往期回顾

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03-2020

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02-2020

《Research》是中国科协与美国科学促进会于2018年共同创办的定位为国际化、高影响力、世界一流水平、综合性、大型OA科技期刊，是美国《Science》自1880年创刊以来第一本合作期刊。主要发表生命科学、新材料研、新能源、人工智能、微纳米科学、环境科学、机械科学、机器人与先进制造8个具有巨大发展潜力的热点交叉领域突破性研究成果。目前已建立了93人的国内外各占50%、具有国际影响力的编委会，主编(中国)为西北工业大学常务副校长、中科院院士黄维，主编(国际)为美国明尼苏达大学麦克凯特杰出教授崔天宏。已被CAS、CSCD、DOAJ、ESCI、INSPEC、PMC、Scopus数据库收录。

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