张国庆Adv. Mater.：聚集诱导纯有机双重磷光应用于制备非掺杂发光二极管器件

【研究背景】

聚集诱导发光（AIE）材料在生物传感、信息存储和有机发光二极管（OLED）等方面应用广泛，因而成为研究热点。AIE的主要优点是有机分子体系在聚集态激发态辐射跃迁增强，特别适合于与固态或聚集态分子发光相关的应用。利用AIE材料制备OLED器件的发射极不需要将其掺杂在固态基质中，因此加工工艺简化、成本低廉。此外，从效益和可持续性角度看，开发不含贵金属的OLED极其重要。然而，大多数不含金属的纯有机分子的三重态激发态表现出非辐射跃迁；另一方面，根据量子统计规则，通过电激发产生的三重态激发态数量是单线态激发态数量的三倍，因此利用好三重态激发态的能量是提高OLED效率的关键。基于以上原因，合理设计具有强磷光发射或聚集诱导磷光（AIP）的AIE材料应该是获得高效OLED的关键策略。

【成果简介】

近期，中国科学技术大学张国庆教授团队与上海纽约大学孙翔教授合作通过在联咔唑化合物上引入不同的取代基，设计了一系列具有聚集诱导磷光（AIP）的分子材料，该材料具有两个明显不同的磷光带，固态室温磷光(RTP)绝对量子产率高达64%。利用AIP分子制备得到的有机发光二极管（OLED）具有相对较小的效率衰减，显示出高达5.8%的外部电致发光效率，超过了传统纯荧光器件效率的理论极限值。该设计为制备高性价比、高效率的OLED提供了一种很有前途的策略。该成果近日以 “Aggregation-Induced Dual-Phosphorescence from Organic Molecules for Nondoped Light-Emitting Diodes” 为题发表在国际知名期刊Adv. Mater.上，文章第一作者为王涛。

【图文导读】

Scheme 1 构建基于BCZ衍生物的AIP型分子

(a)用于OLED的AIP分子结构；

(b)两种主要发射态的能量图;

(c) AIP分子制作的OLED器件照片;

(d) OLED器件微观结构图。

图一：BCZ分子的AIE行为

(a）AIE或聚集诱导发射增强(AIEE)分子的化学结构。

(b)丙酮/水混合物(0 - 95%)室温下的AIE或AIEE照片。

(c) BCZ1-4在AIE或AIEE过程中的稳态光致发光(PL)光谱。

图二：固体样品的荧光光谱

(a)BCZ1-4在298k和77k时的吸收光谱、稳态PL发射光谱和77k时的延迟发射光谱;

(b)分别在298k空气(1)、298k真空(2)、77k的紫外线灯下(3)的PL照片、77k真空下，关掉紫外灯的照片(4)。

(c-f)空气中BCZ1(c)、BCZ2(d)、BCZ3(e)的时间分辨PL衰减曲线，以及空气和真空中BCZ4 (f)的时间分辨PL衰减曲线。

图三：理论计算

(a)BCZ1的前线轨道计算

(b)BCZ1的激发能级

(c)S1和T1结构的电子跃迁

图四：均质薄膜制造非掺杂OLED器件

(a)OLED结构图；

(b)5 v时的EL谱;

(c)器件的亮度、电压、电流强度特性。

(d)亮度与EQEs的函数关系。

【全文总结】

综上所述，作者成功地合成了一系列基于BCZ的具有强的双重RTP-的AIE分子，其PL 量子产率高达64%。这些分子无需掺杂于固体基质便可作为OLED器件发射层。其中，利用二苯甲酮修饰的BCZ制备的OLED器件具有5.8%的外部电致发光效率，超出了传统荧光OLED器件效率的理论极限值。作者报道的纯有机RTP和AIE相结合的策略有望为未来开发廉价、高效、可持续的非掺杂OLED器件提供新思路。

文献链接：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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