唐本忠院士团队Adv. Funct. Mater.：苝二酰亚胺取代的三苯乙烯有机发光材料及其性能研究

【引言】

有机分子半导体材料在有机发光二极管(OLED)，有机场效应晶体管(OFET)和有机光伏(OPV)等先进柔性光电子器件中有着重要的应用。尽管研究人员开发了具有高迁移率和高发光量子效率的分子半导体并用作OFET和OLEDs，但同时具有高电荷迁移率和高发光效率的半导体材料的发展仍然是一个巨大的挑战。
苝二酰亚胺(PDIs)和萘二酰亚胺等亚芳基二酰亚胺由于其原料易得，化学合成简单且易修饰，高电子迁移率和优异的化学/光稳定性等优点，被广泛用于构建OFETs和OPVs等半导体器件。然而，在大多数情况下，它们的大π-骨架和强π-π分子间相互作用会减弱其固态发射。近日，有学者将不同数目的PDI单元连接到三苯基乙烯（TriPE）骨架来解决分子间相互作用对荧光的猝灭问题，从而实现了同时具有高迁移率和强荧光发射的半导体材料。

【成果简介】

近日，来自香港科技大学的唐本忠院士(通讯作者)和赵征博士（第一作者）以及上海有机化学研究所的高希珂教授 (共同通讯作者)等人在Adv. Funct. Mater.上发布了一篇关于有机分子半导体材料的文章，题为“Rational Design of Perylenediimide-Substituted Triphenylethylene to Electron Transporting Aggregation-Induced Emission Luminogens (AIEgens) with High Mobility and Near-Infrared Emission”。

这篇文章介绍了具有不同数量苝二酰亚胺(PDI)单元的三苯基乙烯的合成过程，并对其光学和电荷输运性能进行了系统的研究。所有的分子均表现出强固态近红外(NIR)发射，其中一些显示出聚集增强的发光特性。TriPE-3PDI表现出最好的性能，30％的最大荧光量子产率和超过0.01cm² V^-1s^-1的电子迁移率，这是迄今为止所有报道的具有近红外发射聚集诱导发光体中的最高值。

【图片导读】

图1 TriPE-nPDI光学性能表征

(a,c) 紫外光谱；

(b,d) 光致发光光谱。

图2 TriPE-nPDIs聚集诱导发光特性表征

(a) TriPE-1PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光谱；

(b) TriPE-2PD在不同正己烷/己烷混合物中的PL光谱；

(c) TriPE-3PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光谱。

(d-f) 在365nm紫外线照射下所对应的荧光照片。

图3 基态(S0)和激发态(S1)的电子结构

(a) TriPE-1PDI和TriPE-2PDI的激发态电子密度分布和能级；

(b) 重整能示意图；

(c) 在S1处的TriPE-1PDI和TriPE-2PDI以及在S0处的TriPE-3PDI的几何构型。

图4 TriPE-nPDI的电子传输性质

(a-b) 基于TriPE-3PDI的OFET器件的输出和转移曲线；

(c-d) 140℃下退火的TriPE-3PDIL的输出和转移曲线。

图5 TriPE-nPDI原始薄膜的AFM图像和XRD衍射图

(a-h) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的AFM图像；

(i-l) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的XRD图谱。

【小结】

这篇文章介绍了一系列PDI取代的TriPE，并研究了PDI取代对其荧光和电荷传输性质的影响。结果表明，具有更多PDI基元和中等扭曲构象的发光体促进了强发射和电荷转移。 所有合成的分子均具有NIR发射和n沟道电荷输运性质，优化后的电子迁移率超过0.01cm²V^-1s^-1，最大量子产率为30％。

文献链接：Rational Design of Perylenediimide-Substituted Triphenylethylene to Electron Transporting Aggregation-Induced Emission Luminogens (AIEgens) with High Mobility and Near-Infrared Emission (Adv. Funct. Mater., 17 January, 2018 , DOI: 10.1002/adfm.201705609）

【课题组长及团队介绍】

唐本忠，中国科学院院士，香港科技大学张鉴泉理学教授、化学系与生物医学工程系讲座教授，华南理工大学-香港科技大学联合研究院院长。1957年出生于湖北省潜江市；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7月加盟香港科技大学，2015年在华南理工大学组建人体组织功能重建国家工程技术研究中心支持下获批香港分中心，并任主任一职。2009年增选为中国科学院院士，2013年入选英国皇家化学会Fellow。现为科技部973计划项目首席科学家、国家自然科学基金基础科学中心项目负责人、广东省引进创新科研团队带头人、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室学术委员会主任，以及中国化学会和英国皇家化学会联合期刊Materials Chemistry Frontiers主编。
作为AIE概念的提出者和研究的引领者，唐本忠教授累计发表学术论文约1000篇，引用50000余次，h-指数为110，并于2014-2017年连续入选化学和材料双领域高被引用科学家。同时，唐本忠教授先后获得多项荣誉及奖励，如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届夸瑞兹密国际科学奖（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）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。同时，AIE作为由中国科学家开创和引导的新领域，也吸引了来自全球科学家的研究兴趣和前沿商业的关注，发表的论文数和引用数均呈指数增长，80余个国家和地区的1500余家研究单位的科学家的关注和跟进此工作。
唐本忠教授团队长期致力于有机光电功能材料的开发及其在生物医用领域及光电器件方面的应用研究，其所提出的原创性的“聚集诱导发光（AIE）”材料体系及其相关应用入选中科院文献情报中心和汤森路透联合发布的《2015年科学研究前沿》，并位于化学与材料学研究热点的第二位。此外，AIE材料在有机发光二极管，有机发光晶体管，有机光波导，有机光开关以及有机发光液晶等方面均表现出良好的应用潜质，将有力地推动这些相关领域和相关研究的飞速发展。基于AIE在原创性概念和基础研究方面的重大突破，唐本忠院士团队被授予“2017年度国家自然科学一等奖”。

【相关优质文献推荐】
1. Furan Is Superior to Thiophene: A Furan-cored AIEgen with Remarkable Chromism and OLED Performance
Adv. Sci. 2017, 4, 1700005.
2. Multiple yet Controllable Photoswitching in a Single AIEgen System.
J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b13364.
3. Highly Efficient Nondoped OLEDs with Negligible Efficiency Roll-Off Fabricated From Aggregation-Induced Delayed Fluorescence Luminogens
Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 12971.
4. White Light Emission from a Single Organic Molecule with Dual Phosphorescence at Room Temperature
Nature Commun. 2017, 8, 416.
5. Why Do Simple Molecules with ‘Isolated’ Phenyl Rings Emit Visible Light? J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 16264.
6. Spontaneous Amino-Yne Click Polymerization: A Powerful Tool toward Regio-and Stereo-specific Poly(β-aminoacrylates)
J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5437.

本文由材料人编辑部纳米学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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