在國家自然科學基金項目（項目編號：51673080、91233113）等資助下，吉林大學化學學院、超分子結構與材料國家重點實驗室李峰教授團隊與劍橋大學卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）Richard H. Friend教授團隊合作，開發出高效自由基發光材料，制備出外量子效率（EQE）高達27%的自由基雙線態發光器件。研究成果以“Efficient Radical-based Light-emitting Diodes with Doublet Emission”（高效雙線態自由基發光二極管）為題，于2018年11月22日在Nature（《自然》）雜志在線發表。
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如何利用三線態激子實現100%的內量子效率（IQE）是OLED領域近30年來的研究熱點和難點。迄今為止，科學家們主要采用磷光和熱活化延遲熒光（TADF）的發光方式，利用電致發光過程中產生的單線態和三線態激子實現100%的IQE。李峰教授團隊在研究中獨辟蹊徑，跳出了“利用三線態激子”的思維模式，提出了雙線態激子發光的OLED發光新原理，利用自由基發光材料在OLED的發光區中只形成躍遷過程中無自旋禁阻問題的雙線態激子，其OLED器件的IQE值理論上為100%。
在前期研究的基礎上，李峰教授團隊以TTM自由基（Radical）作為核心，分別以PCz和NCz兩個咔唑衍生物作為給體（Donor），得到了兩個高效的電荷轉移態（CT）紅光自由基TTM-3NCz和TTM-3PCz（如圖a所示）。這種Donor-Radical結構的分子設計大幅提高了發光自由基分子的穩定性和發光效率，兩個分子在甲苯溶液中的光致發光效率分別達到49%和46%，其摻雜薄膜的光致發光效率分別達到90%和61%。通過與劍橋大學Richard H. Friend教授團隊合作，以TTM-3NCz、TTM-3PCz摻雜薄膜為發光層制備的OLED器件，最大EQE分別達到27%和17%（如圖b所示），其中27%的EQE已接近100%的IQE理論極限值，是目前已報道的深紅光/近紅外光發光二極管IQE中的最高值。同時，瞬態光譜和理論計算結果表明：器件的發光是源于自由基雙線態激子SOMO→HOMO的躍遷。該研究成果是OLED研究領域的重大突破，展示了發光自由基在有機光電領域巨大的應用價值，為OLED的研究開辟了新的方向。
圖. a)自由基TTM、TTM-3NCz和TTM-3PCz的分子結構； b）基于TTM-3NCz、TTM-3PCz的OLED的能級結構和EQE曲線
在國家自然科學基金項目（項目編號：51673080、91233113）等資助下，吉林大學化學學院、超分子結構與材料國家重點實驗室李峰教授團隊與劍橋大學卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）Richard H. Friend教授團隊合作，開發出高效自由基發光材料，制備出外量子效率（EQE）高達27%的自由基雙線態發光器件。研究成果以“Efficient Radical-based Light-emitting Diodes with Doublet Emission”（高效雙線態自由基發光二極管）為題，于2018年11月22日在Nature（《自然》）雜志在線發表。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0695-9。
文章來源：工程與材料科學部
IEEE Spectrum
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