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朱卫国教授团队解密高效率荧光材料发光机制

   发布时间: 2021-09-29    已浏览: 328

   常州大学材料科学与工程学院朱卫国教授团队与台湾大学周必泰教授及台湾海洋大学光电所洪文谊教授合作,成功解密了多重共振效应诱导-热激活化延迟荧光材料的发光机制,研究成果刊登在国际光电领域排名第一的《自然光电(Nature Photonics)》期刊。该研究成果有望推动高效荧光发光材料的蓬勃发展,对未来的显示科技产生重大影响。

   多重共振效应诱导-热激活化延迟荧光材料(Multiple Resonance Effect Induced Thermally Activated Delayed Fluorescence, MR-TADF),由于具有近100%发光效率和高色纯度优点,近年来,比传统热激活化延迟荧光材料以及其他金属配合物磷光材料更是备受青睐。然而,其中一个现象却一直困惑着研究者,那就是一些多重共振效应诱导-热激活化延迟荧光材料,其分子在光致激发时具有很强的荧光,但并没有延迟荧光的迹象;然而,这一类发光材料一旦掺杂在合适的主体材料中,却又能表现出显著的延迟荧光现象。延迟荧光是有机电致发光器件(OLED)的重要机制,它可以经由热激活后捕获三重态得到延迟荧光,藉此达成100% 发光量子效率。MR-TADF分子凭借主客体的混合,产生完全不同的光物理现象,已经困扰了国际相关研究者多年,也因此阻碍了相关OLED 的进展。

   联合团队首先合成了一系列新颖的MR-TADF分子,然后系统地与经典的MR-TADF发光材料做深入的对比研究,分别利用光致及电致激发时间解析光谱法(photo- and electro-excitation time analytical spectrometry)以及步进式扫描傅立叶变换瞬态吸收光谱法(step-scan Fourier-transform transient absorption spectroscopy),在混合共蒸镀的有机发光层中,发现了主体-客体之间可以相互作用,藉此产生了瞬态电荷转移中间体。这种中间体能为客体荧光分子的单重态及三重态“搭桥”,提升单重态至三重态的系间穿越(intersystem crossing) 及反系间穿越(reverse intersystem crossing)的速率,“创造”出意想不到的延迟荧光。利用下面的卡通图示,他们清楚地阐释了凭借主客体电荷转移中间体的形成,让分子可以藉此加快系间以及反系间穿越的速率,达到热激活化延迟荧光的产生。在保证光色纯度不变的同时,从而达到高效利用暗态(即三重态)激子。这一崭新的机制,未来可以让OLED科研工作者,重新审视一些单重态和三重态的能隙(DEST)小,足以被热激活,但本身却没有延迟荧光性质的高效荧光材料,有望解决并实现OLED高效蓝光材料。

   研究成果全文The role of host–guest interactions in organic emitters employing MR-TADF2021928日发表于《自然光电》(Nature Photonics,2021, 15, 780-786)https://doi.org/10.1038/s41566-021-00870-3文章的第一作者是刚刚毕业留校工作的常州大学青年教师吴秀刚博士和台湾大学硕士研究生苏柏糠,常州大学材料科学与工程学院为该文章第一通讯单位朱卫国教授周必泰教授洪文谊教授为通讯作者。这是朱卫国教授团队近两年来在发光领域的又一重大突破(J. Am. Chem. Soc.,2020,142,7469-7479; Nat. Commun.,2020, 11,2145; Angew.Chem.Int.Ed.2021, 60, 2058-2063.)。(通讯员/蔡震宇、任涛,审核/吕琳华、陈智栋)


朱卫国团队师生对研究成果展开讨论


研究成果论文第一作者吴秀刚博士在进行实验


MR-TADF的发光机理示意图


研究成果论文