張國慶Adv. Mater.：聚集誘導純有機雙重磷光應用于制備非摻雜發光二極管器件

【研究背景】

聚集誘導發光（AIE）材料在生物傳感、信息存儲和有機發光二極管（OLED）等方面應用廣泛，因而成為研究熱點。AIE的主要優點是有機分子體系在聚集態激發態輻射躍遷增強，特別適合于與固態或聚集態分子發光相關的應用。利用AIE材料制備OLED器件的發射極不需要將其摻雜在固態基質中，因此加工工藝簡化、成本低廉。此外，從效益和可持續性角度看，開發不含貴金屬的OLED極其重要。然而，大多數不含金屬的純有機分子的三重態激發態表現出非輻射躍遷；另一方面，根據量子統計規則，通過電激發產生的三重態激發態數量是單線態激發態數量的三倍，因此利用好三重態激發態的能量是提高OLED效率的關鍵。基于以上原因，合理設計具有強磷光發射或聚集誘導磷光（AIP）的AIE材料應該是獲得高效OLED的關鍵策略。

【成果簡介】

近期，中國科學技術大學張國慶教授團隊與上海紐約大學孫翔教授合作通過在聯咔唑化合物上引入不同的取代基，設計了一系列具有聚集誘導磷光（AIP）的分子材料，該材料具有兩個明顯不同的磷光帶，固態室溫磷光(RTP)絕對量子產率高達64%。利用AIP分子制備得到的有機發光二極管（OLED）具有相對較小的效率衰減，顯示出高達5.8%的外部電致發光效率，超過了傳統純熒光器件效率的理論極限值。該設計為制備高性價比、高效率的OLED提供了一種很有前途的策略。該成果近日以 “Aggregation-Induced Dual-Phosphorescence from Organic Molecules for Nondoped Light-Emitting Diodes” 為題發表在國際知名期刊Adv. Mater.上，文章第一作者為王濤。

【圖文導讀】

Scheme 1 構建基于BCZ衍生物的AIP型分子

(a)用于OLED的AIP分子結構；

(b)兩種主要發射態的能量圖;

(c) AIP分子制作的OLED器件照片;

(d) OLED器件微觀結構圖。

圖一：BCZ分子的AIE行為

(a）AIE或聚集誘導發射增強(AIEE)分子的化學結構。

(b)丙酮/水混合物(0 - 95%)室溫下的AIE或AIEE照片。

(c) BCZ1-4在AIE或AIEE過程中的穩態光致發光(PL)光譜。

圖二：固體樣品的熒光光譜

(a)BCZ1-4在298k和77k時的吸收光譜、穩態PL發射光譜和77k時的延遲發射光譜;

(b)分別在298k空氣(1)、298k真空(2)、77k的紫外線燈下(3)的PL照片、77k真空下，關掉紫外燈的照片(4)。

(c-f)空氣中BCZ1(c)、BCZ2(d)、BCZ3(e)的時間分辨PL衰減曲線，以及空氣和真空中BCZ4 (f)的時間分辨PL衰減曲線。

圖三：理論計算

(a)BCZ1的前線軌道計算

(b)BCZ1的激發能級

(c)S1和T1結構的電子躍遷

圖四：均質薄膜制造非摻雜OLED器件

(a)OLED結構圖；

(b)5 v時的EL譜;

(c)器件的亮度、電壓、電流強度特性。

(d)亮度與EQEs的函數關系。

【全文總結】

綜上所述，作者成功地合成了一系列基于BCZ的具有強的雙重RTP-的AIE分子，其PL 量子產率高達64%。這些分子無需摻雜于固體基質便可作為OLED器件發射層。其中，利用二苯甲酮修飾的BCZ制備的OLED器件具有5.8%的外部電致發光效率，超出了傳統熒光OLED器件效率的理論極限值。作者報道的純有機RTP和AIE相結合的策略有望為未來開發廉價、高效、可持續的非摻雜OLED器件提供新思路。

文獻鏈接：Aggregation-Induced Dual-Phosphorescence from Organic Molecules for Nondoped Light-Emitting Diodes (Adv. Mater. 2019, 1904273)

本文由大兵哥供稿。

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