聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）材料在固態(tài)和薄膜態(tài)下展現(xiàn)了最佳的發(fā)光效率，且其扭曲的分子構(gòu)型非常適用于構(gòu)建非摻雜藍(lán)光有機電致發(fā)光二極管（OLED）。然而，由于AIE藍(lán)光材料受限于激子利用率，高效的非摻雜AIE藍(lán)色熒光OLED還有待發(fā)展。而利用三線態(tài)激子則有望提升器件的效率。例如，利用高能級三線態(tài)激子（熱激子）的反系間竄越（RISC）機制，研究人員已經(jīng)制備了許多性能優(yōu)異的AIE藍(lán)光材料。
近年來，華南理工大學(xué)唐本忠院士團隊秦安軍教授等發(fā)展了基于四苯基苯（TPB）的AIE材料體系，研究中發(fā)現(xiàn)以這類材料體系為非摻雜發(fā)光層制備的OLED的外量子效率（EQE）可以突破熒光器件5%的理論極限。進(jìn)一步研究表明，TPB體系中高能級三線態(tài)對器件的外量子效率具有較大的貢獻(xiàn)。然而，這類體系中，高能級三線態(tài)和低能級三線態(tài)之間的內(nèi)轉(zhuǎn)換（IC）過程與高能級三線態(tài)（Tn, n>1）和第一激發(fā)單線態(tài)（S1）之間的RISC過程存在競爭關(guān)系。窄的三線態(tài)能隙和RISC過程的自旋禁阻特性使得該類材料三線態(tài)之間的內(nèi)轉(zhuǎn)換速率占主導(dǎo)地位，因此，材料的三線態(tài)激子利用率較低，進(jìn)而導(dǎo)致器件的效率仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于紅、綠光OLED。解決這一問題的關(guān)鍵是如何通過分子設(shè)計來調(diào)控TPB衍生物的三線態(tài)能級，降低損耗，從而實現(xiàn)其高的激子利用率。其中的策略之一即是在體系中引入三線態(tài)-三線態(tài)湮滅（TTA）上轉(zhuǎn)換機制，從而實現(xiàn)損耗三線態(tài)能量的再利用。
最近，秦安軍教授等基于具有TTA效應(yīng)的發(fā)光材料DMPPP與AIE材料TPB-AC的特征，設(shè)計并制備了一種高固態(tài)發(fā)光效率和高激子利用率的藍(lán)光AIE材料DPDPB-AC，并與馬東閣教授合作將其作為非摻雜發(fā)光層制備了藍(lán)光OLED，實現(xiàn)了EQE 10.3%的器件性能。
實驗和理論計算研究表明，DPDPB-AC成功遺傳了TPB-AC的AIE特性和優(yōu)異的分子水平偶極取向。同時，與TPB-AC相比，將苯基變?yōu)檐呕沟肈PDPB-AC 的T3和T2之間的能隙變大，內(nèi)轉(zhuǎn)換速率減小，從而降低了該過程引起的三線態(tài)能量損失?；贒PDPB-AC為非摻雜發(fā)光層制備的藍(lán)光熒光器件啟亮電壓僅為2.8 V，最大亮度可達(dá)69311 cd m-2，器件的最大EQE為10.3%，這是目前所報道的AIE材料基非摻雜藍(lán)光器件的最高值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TPB-AC基非摻藍(lán)光器件的性能（EQE為7.0%，亮度為3862 cd m-2）。瞬態(tài)電致發(fā)光研究表明，除了熱激子過程外，TTA上轉(zhuǎn)換也參與了該器件的電致發(fā)光過程。激子動力學(xué)分析和理論計算表明，三線態(tài)激子主要從T3能級通過RISC過程回到S1，剩余的T3激子則經(jīng)過IC過程馳豫到第一激發(fā)三線態(tài)（T1），然后通過TTA上轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)移到單線態(tài)進(jìn)行發(fā)光。 以上研究結(jié)果表明，該分子設(shè)計策略不僅可以有效降低激子在高能級三線態(tài)之間的內(nèi)轉(zhuǎn)換速率，減小高能級三線態(tài)激子的損失，而且還可以促使三線態(tài)激子通過多通道過程返回單線態(tài)進(jìn)行發(fā)光（熱激子+TTA），從而實現(xiàn)AIE材料基非摻雜藍(lán)光器件的效率突破。 該工作為開發(fā)高性能的AIE材料基藍(lán)光材料和非摻雜器件提供了一種新的分子設(shè)計策略。 論文信息 Nondoped Blue AIEgen-based OLED with EQE Approaching 10.3% Pengbo Han, Chengwei Lin, Erhan Xia, Jiawei Cheng, Qing Xia, Dezhi Yang, Anjun Qin, Dongge Ma, Ben Zhong Tang 文章的第一作者是華南理工大學(xué)的韓鵬博博士，共同第一作者為林城偉博士和夏爾涵同學(xué)，通訊作者為秦安軍教授，馬東閣教授和唐本忠院士。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202310388
