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【材料】高效稳定的纯红光OLED材料设计新策略

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-12-14 08:09

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纯红色有机电致发光二极管（OLED）由于能隙定律的限制发展显著落后于蓝光与绿光OLED，目前无法达到商业化的要求。那么，有无可能通过发光材料分子设计推动纯红光OLED的商业化呢？近日， 中国科学技术大学崔林松 教授团队与周蒙教授团队以及 北京信息科技大学柳渊 教授团队合作，提出了纯红光OLED材料设计新策略，开发了 色纯度接近NTSC红光标准的纯红光发光材料 ，在纯红光OLED效率和稳定性方面实现新的突破。

近年来，OLED凭借其超薄结构、高柔性和自发光等特性，正迅速崭露头角，成为新一代高品质显示与照明领域引领性技术。在OLED中，发光材料是关键功能材料，直接决定器件的性能。目前，蓝光和绿光发光材料的效率已经取得了显著进展，基本满足商业化应用需求。然而，受“能隙”定律的制约，发光能隙越窄，非辐射跃迁越强，这使得高发光效率与深红光发射之间难以兼得，严重制约了OLED显示技术的商业发展。因此，如何提升深红光发光材料的辐射跃迁速率和反向系间窜跃速率，是实现高发光效率和高性能纯红光OLED器件的关键科学问题。

中国科学技术大学与北京信息科技大学团队提出的纯红色OLED发光材料设计新策略很好的弥补了上述缺憾。众所周知，外围给体的引入以及延展MR骨架的π共轭是用于构建长波长发光材料的主要方式，但这两种方式的引用不仅会造成发光光谱的展宽而且通常无法红移至纯红光区域，限制了高效纯红光发光材料的发展。在此基础上，研究团队通过合理精妙的分子设计将两种设计策略进行集成，进而调控目标分子的激发态能级与电子云构型（不对称的杂化长程和短程电荷转移激发态）。基于该策略设计的分子展现出发光峰值为613 nm半峰宽为0.14 eV的纯红光发光特性，其CIE值接近NTSC的红光发光标准。同时， S ₁ 态的杂化长程和短程电荷转移激发特性赋予BNTPA快速辐射速率（ k _r = 2.17× 10 ⁷ s ^-1 ）和快速反向系间窜跃速率（ k _RISC =1.61×10 ⁵ s ⁻ ¹ ）。最终，基于BNTPA的TADF OLEDs不仅达到了高达35.2%的最高外部量子效率（EQ E _max ）还因快速的反向系间窜跃过程有效的抑制了效率滚降。此外，利用BNTPA作为发光分子的磷光敏化器件显示出43.3%的超高EQ E _max ，同时还提高了器件稳定性。

图1. 纯红色MR-TADF分子结构与出色的材料及器件性质。图片来源： JACS

相关研究成果近日在线发表于期刊《美国化学会志》（ Journal of the American Chemical Society ）。中国科学技术大学博士生 葛丽爽 、特任副研究员张伟为本工作并列第一作者。 崔林松 教授、周蒙教授、柳渊教授为该项成果的并列通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Efficient and Stable Narrowband Pure-Red Light-Emitting Diodes with Electroluminescence Efficiencies Exceeding 43%

Lishuang Ge, Wei Zhang, Yi-Hong Hao, Ming Li, Yuan Liu*, Meng Zhou*, Lin-Song Cui*

J. Am. Chem. Soc ., 2024 , 146 , 32826–32836, DOI: 10.1021/jacs.4c13375

崔林松教授简介

崔林松，中国科学技术大学教授、博士生导师。2017年获日本九州大学博士学位，师从TADF OLED发明人Chihaya Adachi教授。2018年至2021年在英国剑桥大学卡文迪许实验室从事博士后研究，合作导师为剑桥大学卡文迪许实验室主任Richard Friend院士，2021年2月加入中国科学技术大学。

主要从事有机发光显示材料与器件研究，包括：有机发光显示材料设计与合成；分子激发态性质；发光器件集成应用等。迄今为止，以通讯或第一作者在 Nature、Nature Photonics、Nature Materials、Nature Electronics、Nature Communications 等国际学术期刊上发表SCI论文56篇；获2023年华为“火花奖”。

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