有機電致發(fā)光器件（OLED）具有輕薄、低功耗、高對比度、自發(fā)光以及可柔性等優(yōu)勢，在顯示與照明等方面具有巨大的市場價值和應(yīng)用前景。熱激活延遲熒光（TADF）材料利用反向系間竄越（RISC）可以實現(xiàn)激子從三線態(tài)到單線態(tài)的轉(zhuǎn)換（T1→S1），從而達到100%的激子利用率，其器件效率已可媲美磷光OLED器件。然而，較長壽命的三線態(tài)激子使得TADF器件仍存在效率滾降較大和器件壽命不足等問題。近年來，高能級激發(fā)態(tài)由于其較快的激子發(fā)光動力學(xué)特征吸引了越來越多的關(guān)注。例如，通過限制三線態(tài)之間的內(nèi)轉(zhuǎn)換過程（如T2-T1能量差較大），在高能級實現(xiàn)快速的RISC過程（如T2→S1），同樣可以實現(xiàn)三線態(tài)激子的全利用，這被稱作“熱激子”機制！盁峒ぷ印辈牧峡焖俚母吣芗塕ISC有利于緩解三線態(tài)激子的積累，從而實現(xiàn)低的效率滾降，因此有望發(fā)展成為新一代高效穩(wěn)定的純有機熒光材料。然而，由于高能級激發(fā)態(tài)的研究相對復(fù)雜，高效的“熱激子”材料仍亟待突破。激子發(fā)光動力學(xué)與激發(fā)態(tài)性質(zhì)密切相關(guān)，具有雜化局域電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（HLCT）的分子在電致發(fā)光過程中常表現(xiàn)出“熱激子”的特點。因此對雜化激發(fā)態(tài)進行合理調(diào)控是理解和發(fā)展“熱激子”材料的一種有力手段。
近期，華南理工大學(xué)唐本忠院士團隊王志明研究員基于前期的研究工作（Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 20772-20779; J. Mater. Chem. C, 2019,7, 6359-6368; Adv. Opt. Mater., 2020, 1902195）, 總結(jié)認為采用長短軸交叉的方式有望實現(xiàn)對發(fā)光性能和激子利用情況的有效平衡調(diào)節(jié)，并以菲并咪唑為模型，構(gòu)筑C6/C9修飾的一系列具有AIE/AEE+HLCT性質(zhì)的藍光分子。通過調(diào)控分子雜化激發(fā)態(tài)中局域態(tài)（LE）和電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（CT）的能量分布，發(fā)現(xiàn)當分子中的LE和CT能量相對平衡時，其發(fā)光效率和激子利用率綜合最優(yōu)。特別的，2CzPh-CNNPI的激子利用率接近100%， 將其分別作為OLED器件的發(fā)光材料、摻雜客體以及敏化主體使用，相應(yīng)的非摻雜純藍光、摻雜深藍光以及綠光敏化熒光器件都突破了傳統(tǒng)熒光效率的限制。
該工作中，三個分子固態(tài)下顯示從深藍光（436nm）到藍光（453nm）的發(fā)射,并且表現(xiàn)出聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）的現(xiàn)象。溶劑化效應(yīng)和Lippert–Mataga模型也表明分子的激發(fā)態(tài)為HLCT態(tài)，且2CzPh-CNNPI分子展示出等性雜化的特征，與理論計算結(jié)果一致。同時，對比研究發(fā)現(xiàn)，分子CNNPI（ELE ? ECT）表現(xiàn)出CT態(tài)的特點：發(fā)光效率較低(21.7%)，但激子利用率較高(52.5%)；分子2TriPE-CNNPI（ELE ? ECT）表現(xiàn)出LE態(tài)的特點：發(fā)光效率較高(45.2%)，但激子利用率較低(30.4%)；有趣的是，分子2CzPh-CNNPI (ELE ≈ ECT) 發(fā)光效率提高(25.5%)的同時, 激子利用率也提高到99.8%。因此，2CzPh-CNNPI獲得了最優(yōu)的藍光器件性能，其外量子效率達到了5.09%；其深藍光摻雜器件在高的激子利用率下，器件外量子效率高達9.02%。為了進一步探討三個分子激子利用率的差異原因，研究者對比了分子的S1、T1和T2分布以及對應(yīng)的激發(fā)態(tài)性質(zhì)，認為雜化態(tài)中平衡的LE/CT態(tài)分布既能使S1保留LE態(tài)的性質(zhì)而有利于發(fā)光，又能夠增大S1和T2之間的旋軌耦合（SOC）從而提高RISC的效率。另外，研究者嘗試將2CzPh-CNNPI作為主體材料負責單/三線態(tài)激子的捕獲，然后通過F?rster能量轉(zhuǎn)移激發(fā)具有高發(fā)光效率的普通熒光客體材料，其敏化熒光器件的外量子效率最高可達8.2%，同樣超過了傳統(tǒng)熒光5%效率的極限，且具有較小的滾降。相比于以常規(guī)主體mCP制備的熒光器件（3.36%），其外量子效率有著大幅提高。這些結(jié)果進一步證明了2CzPh-CNNPI存在三線態(tài)激子的捕獲，同時也展現(xiàn)了熱激子材料作為敏化主體的應(yīng)用潛力。
相關(guān)研究工作以“A Multifunctional Blue-Emitting Material Designed via Tuning Distribution of Hybridized Excited-State for High-Performance Blue and Host-Sensitized OLEDs”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上(DOI: doi.org/10.1002/adfm.202002323)。文章第一作者為華南理工大學(xué)博士研究生張翰，共同第一作者為碩士研究生張兵，通訊作者為王志明研究員，共同通訊作者為趙祖金教授和唐本忠院士。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202002323
