開(kāi)發(fā)具有超高色純度和高電致發(fā)光效率的深藍(lán)光材料一直面臨巨大挑戰(zhàn)。具有雜化局域電荷轉(zhuǎn)移(HLCT)激發(fā)態(tài)特征的深藍(lán)光材料被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高色純度、高激子利用率、高效率藍(lán)光有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的有效材料。但其剛性和平面分子結(jié)構(gòu)限制了其在溶液加工技術(shù)中的應(yīng)用。因此，迫切需要有效的策略來(lái)設(shè)計(jì)合成新型的高性能可溶液加工深藍(lán)光材料。
圖1 分子設(shè)計(jì)策略 中山大學(xué)張藝教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種如圖1所示的脂肪族酰亞胺環(huán)端基策略，系統(tǒng)研究其電子特性和空間結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)光核光電性能的影響。脂肪族酰亞胺環(huán)對(duì)前線(xiàn)分子軌道分布影響較小，但對(duì)晶體中分子排列影響較大。它的引入不僅改善材料的溶解度，增強(qiáng)熱力學(xué)性能和薄膜形態(tài)穩(wěn)定性，而且提高了材料的光致發(fā)光效率，平衡載流子的輸運(yùn)，抑制聚集猝滅效應(yīng)。相應(yīng)的溶液加工型深藍(lán)光HLCT OLED實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的效率(EQE=11.5%)。 圖2 PYTPA和PYTPA-R的最高占有軌道、最低空軌道和自然躍遷軌道分布。 理論計(jì)算表明（圖2），脂肪族酰亞胺環(huán)作為弱的吸電子基團(tuán)，有效的削弱了三苯胺片段的給電子性質(zhì)。修飾后的PYTPA-R的能隙值略大于PYTPA。引入脂肪族酰亞胺環(huán)可以在保持PYTPA發(fā)光核HLCT特性的同時(shí)，顯著增強(qiáng)局域態(tài)組分、振子強(qiáng)度和自旋軌道耦合常數(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)深藍(lán)光發(fā)射和高的熒光量子效率，促進(jìn)高能級(jí)反系間躍遷過(guò)程。 圖3 原始旋涂薄膜(上)和在150℃下退火的薄膜(下)在空氣中放置60天后的光學(xué)顯微鏡圖像。 將所有薄膜在空氣中放置60天后，PYTPA的原始膜和熱退火膜都出現(xiàn)了明顯結(jié)晶現(xiàn)象，相反，PYTPA-R的原始膜和熱退火膜依然保持無(wú)定形的狀態(tài)（圖3）。利用單晶進(jìn)一步分析表明，扭曲的脂肪族酰亞胺環(huán)的引入可以有效抑制分子間的堆砌，抑制結(jié)晶。以上結(jié)果表明，在發(fā)光核上引入脂肪族酰亞胺環(huán)可以顯著增強(qiáng)薄膜形態(tài)穩(wěn)定性，有利于實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的薄膜發(fā)射和器件性能。 圖4 (a)器件結(jié)構(gòu)；(b)電流密度-電壓-亮度曲線(xiàn)；(c)外量子效率-亮度曲線(xiàn)(插圖：7V下電致發(fā)光光譜)；(d)文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比圖。 最后，作者表征了PYTPA-R的電致發(fā)光性能（圖4）。相應(yīng)的溶液加工型器件不僅表現(xiàn)出深藍(lán)光發(fā)射，而且還實(shí)現(xiàn)了窄的半峰寬和小的y軸色坐標(biāo)值。特別地，以PYTPA-HP為發(fā)光材料的OLED實(shí)現(xiàn)了11.5%的最大外量子效率。該工作為發(fā)展可溶液加工深藍(lán)光材料提供了新的思路。 論文信息 Achieving Record External Quantum Efficiency of 11.5% in Solution-Processable Deep-Blue Organic Light-Emitting Diodes Utilizing Hot Exciton Mechanism Wenhui Wang, Jinkun Bian, Kaijin Chen, Chuying Li, Yubo Long, Haitao Huang, Long Jiang, Juan Zhao, Siwei Liu, Zhenguo Chi, Jiarui Xu, and Yi Zhang* 論文的第一作者為中山大學(xué)博士研究生王文慧，通訊作者為中山大學(xué)張藝教授。該工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和廣東省科技廳等部門(mén)的支持。感謝華南理工大學(xué)馬於光教授、馬東閣教授和蘇仕健教授的幫助和大力支持。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202318782
