近日，青科大高分子學院薛善鋒教授團隊在材料領域國際一流期刊《Advanced Functional Materials》上（中科院JCR一區TOP期刊，影響因子18.808）發表了題為“Efficient Non-Doped Blue Electro-fluorescence with Boosted and Balanced Carrier Mobilities”的研究成果。高分子學院碩士研究生王潤澤為第一作者，青島科技大學為第一完成單位和通訊單位。
高效藍光材料是影響有機發光二極管（OLED）全色顯示與白光照明發展的最關鍵材料。而藍光材料受固有寬帶隙的限制，存在高的載流子注入勢壘和不平衡的載流子遷移率，嚴重制約著OLED顯示領域的商業發展。因此，如何解決藍光寬帶隙與高載流子注入/遷移間的矛盾，是實現高載流子遷移率、高發光效率、低效率滾降、高色純度等綜合性能優異的電致藍光材料與OLED器件的關鍵科學問題。
團隊成員圍繞這一關鍵問題，在高效率純有機藍光材料遷移率與OLED器件方面取得新進展。創新性地設計合成了基于苯基咔唑、三苯胺為電子給體（D）、噁二唑為電子受體（A），芴為共軛橋（π）的D-A型和D-π-A型兩種體系有機藍光分子，系統地研究了不同分子結構特點對有機藍光分子的光物理性質、熱性質、電性質及非摻雜OLED藍光器件性能等方面的影響規律。研究發現：在D-π-A型分子體系中，芴橋的引入具有雙重功能作用，既可以形成雜化局域電荷轉移激發態（HLCT態），賦予藍光分子較高的熒光效率，又可以調控分子間合適的堆積模式，提高/平衡載流子遷移率。通過調控不同給體結構的種類和鍵接位置，可以實現藍光分子的空穴遷移率逐漸提高并達到平衡（TPACFOXZ：空穴遷移率為5.60 × 10?5cm2V?1s?1和電子遷移率為6.60 × 10?5cm2V?1s?1）和光色的調控（深藍光到藍光發射）?；贒-π-A型分子TPACFOXZ為發光層的非摻雜器件結構，實現了低啟亮電壓（2.6 V）、高外量子效率（~10%）、高發光亮度（32375 cd/cm2）和高色純度（CIE: 0.147, 0.186）的非摻雜藍光OLED器件，且當發光亮度在1000 cd/m2時，器件的外量子效率無任何效率滾降，顯示出優異的器件穩定性，這是目前國際上報道的同類非摻雜結構藍色熒光OLED器件中的最佳性能。該研究成果為設計高效率和高/平衡載流子遷移率的深藍到藍光發射的熒光材料提供了可行的分子設計新策略，揭示出芴為π共軛橋可以使一些構型扭曲較大，本來無法形成規整堆積的給體，通過芴橋π堆積作用的調控能夠形成有效的載流子傳輸通道提高OLED器件性能，同時也展現出芴為π共軛橋的D-π-A型結構藍光分子在OLED顯示和照明領域中具有巨大的商業應用價值。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202201143
本工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、山東省高等學校青創人才引育計劃團隊建設、吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室開放課題等項目的資助。
