葛子义等在多通道电荷转移态的高效蓝光OLEDs材料方面取得研究进展

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有机发光二极管（OLED）技术具有低能耗、响应快、可制备柔性器件等优点，在平板显示、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、可穿戴设备等领域具有巨大的市场潜力。近年来，空间电荷转移型-热活化延迟荧光材料（TSCT-TADF）由于其固有HOMO-LUMO空间分离距离可形成较小的单三线态能级差（ΔEST），引起了研究者的极大兴趣。TSCT-TADF可以被认为是分子内激基复合体，是激发态电荷转移复合物的一种类型。极小的给体与受体间距可以打开TSCT通道，产生有效的电荷相互作用和/或电荷转移，显著加速反向系间窜越速率。但由于TSCT-TADF分子相对于化学键电荷转移（TBCT）分子具有较长的CT长度和较小的前线分子轨道（FMO）重叠积分，因此仍存在较长的辐射衰减时间（τP）和较低的辐射速率（），可能会降低材料的PLQY。另一方面，基于螺旋结构TADF分子刚性的结构特征，可以降低材料在激发态下构型变化，降低非辐射衰减。同时，庞大的分子结构可以有效阻碍π-π堆积，降低非辐射衰减速率；“惰性”非共轭的端基片段限制了Dexter能量转移（DET）的电子交换相互作用，从而限制了聚集诱导猝灭（ACQ），所以这类TADF发光体可以获得高PLQYs。因此将螺环结构应用于TSCT-TADF将同时获得高的PLQY和大的反系间窜跃（RISC）速率。

双电荷转移通道和器件效率示意图

　　有鉴于此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机光电材料与器件团队的葛子义研究员和李伟副研究员以及郑州大学徐慎刚教授成功设计并合成了具有TBCT和TSCT两种电荷转移方式的热活化延迟荧光分子PhCzSpiroS-TRZ。该分子是由2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪（TRZ）受体和螺旋杂环结构SpiroS耦合，形成刚性的分子骨架，并桥连一个额外的9-苯基-9h-咔唑（PhCz）给体所形成的。分子整体形成一个倾斜的“U”型，不仅可以增大空间位阻，还可以进一步分离FMOs，并形成一个额外的TSCT辐射衰变通道，进一步加速辐射衰变和RISC过程。新设计的材料PhCzSpiroS-TRZ的达到了2.2×107 s-1，在所有的TSCT-TADF分子中处于较高的水平；通过结合TBCT、TSCT和较强的SOC效应，PhCzSpiroS-TRZ获得了2.2×105 s-1的快速RISC过程。基于PhCzSpiroS-TRZ的蓝光TADF-OLED和TSF-OLED分别获得了最大33.6%和32.8%的EQE。这些结果为设计高效的TADF客体和敏化剂提供了一种新的分子设计策略。相关成果以“Multiple Charge Transfer Processes Enable Blue Emitter for Highly Efficient OLEDs”为题发表在国际期刊Advanced Optical Materials（DOI：10.1002/adom.202300017）上，宁波材料所葛子义、李伟和郑州大学徐慎刚为该文的通讯作者。
　　该论文得到了国家杰出青年基金（21925506）、国家自然科学基金（U21A20331、51773212、81903743、52003088）、宁波2025重点研发计划（2022Z124、2022Z119）等项目的支持。


       文章来源：宁波材料所
       葛子义，中科院宁波材料所研究员、博导。1999年本科毕业于兰州大学，2004年获中科院化学所博士学位。2005-2009年分别在日本东京工业大学、神奈川大学、澳大利亚新南维尔士大学从事有机光电研究。2009年初受聘于华东理工大学教授。2010年加入中科院宁波材料所，担任 “有机光电化学”学科带头人、有机光电材料与器件课题组组长。先后入选中科院青年拔尖科学家，浙江省杰青、浙江省“151人才”、“钱江人才”等。目前主要从事有机/钙钛矿太阳能电池、OLED和导电高分子功能材料研究。迄今在Nature Photonics、Advanced Materials、Energy & Environmental Science等国际著名期刊上发表SCI论文100多篇，并被引用2000多次，撰写Springer等有机太阳电池专著章节3部。共申请国际国内专利29项。20多次受邀做著名学术会议邀请报告。目前担任《储能科学与技术》、International Journal of Modern Manufacturing Technology杂志编委、中国化工学会储能工程专业委员会委员、第一届国际有机光电材料与器件国际会议（ICOOE 2014）大会主席。2009年以来，主持包括国家重点研发计划、5项国家自然基金面上项目、中科院前沿重点项目、教育部霍英东青年教师基金在内的20多项国家级和省部级科研项目。担任国家科技奖，国家自然基金委、拔尖人才、教育部长江学者项目评审专家。