华南理工唐本忠院士团队王志明研究员课题组《ACS AMI》：CIEy=0.04的高效率、低滚降的紫外光有机发光二极管

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近几十年来，OLEDs因其色域广、成本低、柔性显示等优点得到了长足发展。红绿蓝OLEDs性能满足了商业应用的需要，因而广泛用于平板显示和固态照明领域。现如今，短波发光的电致发光器件，如紫外光OLEDs (λ_EL≤ 400 nm)，因其在激发光源、生物传感器、和高密度信息存储等方面的独特应用而受到广泛关注。然而，目前紫外光OLEDs的性能表现仍不尽如人意且报道较少，绝大多数报道的器件的最大外量子效率（EQE）小于5%，因此开发高性能的紫外光有机材料仍是重中之重。在电致发光中，热激活延迟荧光（TADF）材料通过反系间窜越（RISC）过程可以实现激子由三线态到单线态的转换（T₁→S₁），理论上可以达到100%的激子利用率，从而提高器件的效率。然而，TADF材料通常为强的给-受体（D-A）结构，其电荷转移（CT）态的发光特征难以实现高色纯度的紫外光发射。近年来，“热激子”机制受到了诸多关注，通过利用低能级局域（LE）态发射性质和高能级的RISC过程（T_n→ S_m，（n≥2, m≥1））,有机发光材料可以同时满足高色纯度和高激子利用率需求，因此在紫外光有机材料领域具有光明的前景。

图1：基于2Na-CzCN的紫外光OLEDs概述

近日，华南理工大学唐本忠院士团队王志明研究员课题组基于“交叉长短轴”分子设计策略开发了一种新型紫外光有机分子—2Na-CzCN，并将其用于紫外光OLEDs的制备。理论计算表明该分子具有杂化局域电荷转移态（HLCT）特性，将有利于高能级RISC过程（T₄→ S₁），从而提高电致发光（EL）中的激子利用率。基于2Na-CzCN的非掺杂紫外光OLED器件的发射峰值为398 nm，最大EQE为5.92%，这是已报道的非掺杂紫外光OLEDs中的最高效率之一。基于2Na-CzCN的掺杂紫外光OLED在392 nm表现出最强的紫外光发射，其最大EQE为6.15%。值得注意的是，上述器件都表现出了极低的效率滚降，在1000 cd m^-2的亮度下，非掺杂和掺杂器件的EQE分别为5.91%和5.73%。此外，得益于紫外光发射和较窄的EL光谱，未掺杂和掺杂紫外光OLEDs器件都表现出了理想的色纯度，CIE坐标分别为了（0.15，0.06）和（0.16，0.04）。最后，作者以2Na-CzCN为主体制备了磷光OLEDs器件来评估2Na-CzCN作为主体材料的潜力。从器件结果来看，所有的磷光OLEDs器件都表现出了良好的电致发光性能。以2Na-CzCN为主体的橙光、红光磷光OLEDs器件的最大电流效率/最大外量子效率分别为84.9 cd A⁻¹/25.3%和15.6 cd A^-1/ 17.3%。该研究成果为紫外光有机分子的设计提供了思路，有助于高性能紫外光OLEDs的进一步发展。

图2：基于2Na-CzCN的紫外光OLEDs器件表现（非掺杂器件：device N；掺杂器件：device D）。

图3：以2Na-CzCN为主体的磷光OLEDs器件性能及能量转移过程（橙光器件：device O; 红光器件：device R）

相关论文在线发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（DOI：10.1021/acsami.1c24285）。文章第一作者为华南理工大学硕士生黎刚刚，华南理工大学博士生李保玺、华南理工大学张翰博士为共同第一作者。华南理工大学硕士生郭学成，华南理工大学博士生林城伟、陈孔麒等人为本工作提供了大力支持。通讯作者为华南理工大学王志明研究员，共同通讯作者为华南理工大学/香港中文大学唐本忠院士以及华南理工大学马东阁教授。

作者简介

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唐本忠 教授
香港中文大学 （深圳）

唐本忠，香港中文大学（深圳）冠名校长讲座教授，理工学院院长，博士生导师；中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程学会联合会会士、英国皇家化学会会士、中国化学会会士。1982年于华南理工大学获学士学位，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位；曾在多伦多大学从事博士后研究工作。1994年加入香港科技大学任教，2008年晋升为讲座教授，2021年加入香港中文大学（深圳）。唐本忠院士主要从事高分子化学和先进功能材料研究，特别是在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果，是AIE概念的提出者和研究的引领者。目前已发表学术论文1700多篇，总引超130000次，h影响因子为160，拥有100多项授权专利。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate(《聚集体》)杂志主编。唐本忠院士获得多项奖励，Nano Today Award奖项（2021），国家自然科学一等奖（2017），何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第27届Khwarizmi国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、Croucher基金会高级研究员奖（2007）、中国化学会王葆仁奖（2007）和Elsevier出版社冯新德聚合物奖（2007）等。

王志明 研究员
华南理工大学

王志明，华南理工大学材料科学与工程学院研究员，博士生导师。2002-2011年在吉林大学完成本科到博士的学习，师从马於光院士从事有机发光材料激发态的调控研究；2011-2016年在沈阳工业大学工作，期间在华南理工大学/香港科技大学深圳研究院从事博士后研究；2016年加入华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室工作，主要从事芳基杂环高效率深蓝光材料的设计及新型AIE荧光探针的研究，并负责推动聚集诱导发光高等研究院筹建及AIE产业化工作。以第一或通讯作者的身份在J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Angew. Chem., ACS Nano., Biomaterials, Mater. Horiz., Chem. Eng. J.等国际期刊发表论文100余篇，h影响因子为31；主持国家自然科学基金青年项目、面上项目及博士后基金特别项目等多项国家、省市校级课题，2021年获得 “广东省自然科学基金杰出青年基金” 资助。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c24285

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