紫外（UV）光在光化學(xué)和光催化的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。目前，實(shí)現(xiàn)紫外光的主要手段包括有毒汞燈和發(fā)光二極管（LED）。相比之下，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）由于其輕薄、可彎曲、低功耗和高對比度等特性而被視為新一代的顯示和照明技術(shù)，有望成為紫外光光源的新載體。
然而，短波長有機(jī)發(fā)光材料寬帶隙的特點(diǎn)增加了其電致發(fā)光過程中載流子注入和重組的困難。目前仍缺乏有效的分子設(shè)計(jì)策略來平衡短波長有機(jī)發(fā)光材料的光色和激子動力學(xué)，如何實(shí)現(xiàn)高效率、高紫外光占比和高亮度的UV-OLED仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
近日，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的王志明研究員課題組基于“交叉長短軸”（CLSA）分子設(shè)計(jì)策略，采用間位連接進(jìn)一步縮短共軛程度，設(shè)計(jì)了能夠有效抑制聚集紅移的紫外光材料m-Cz。基于m-Cz的非摻雜器件實(shí)現(xiàn)了發(fā)光峰在382 nm、最大外量子效率為8.3%、UV400為59.6%的紫外光發(fā)光，是目前效率最高的非摻雜UV-OLED。
此外，由于目前報道的紫外OLED光譜多由紫外光（λ ≤ 400 nm）和可見光（λ > 400 nm）組成，該團(tuán)隊(duì)提出了UV400的概念來定義紫外OLED中紫外光的占比，即電致發(fā)光（EL）光譜中紫外發(fā)射的面積比例。
CLSA策略是一種用于構(gòu)筑高性能短波長光發(fā)光材料的分子設(shè)計(jì)策略，通過在電荷轉(zhuǎn)移（CT）態(tài)主導(dǎo)的分子短軸和局域態(tài)主導(dǎo)的分子長軸之間構(gòu)建一個近似垂直的扭轉(zhuǎn)角來分離載流子注入和激子輻射。由發(fā)光基團(tuán)組成的分子長軸保證了高的光致發(fā)光外量子效率（PLQY），而短軸的給受體結(jié)構(gòu)能夠改善載流子的注入和傳輸，高能級的CT態(tài)有助于打開熱激子通道，實(shí)現(xiàn)更高的激子利用率。
因得益于CLSA策略在構(gòu)建熱激子通道方面的有效性，m-Cz獲得了84.5%的高激子利用率。間位連接限制了m-Cz的共軛程度、增加了空間位阻，這使得m-Cz在純膜下依然能保持387 nm的紫外發(fā)光和57.6%的PLQY。在摻雜和非摻雜OLED中，m-Cz的發(fā)光峰均保持在382 nm，這說明間位連接有效地抑制了聚集狀態(tài)下的光譜展寬和紅移。
在摻雜器件中，m-Cz的EQEmax高達(dá)10.6%，UV400高達(dá)57.5%，在非摻雜器件中，m-Cz的EQEmax高達(dá)8.3%，UV400高達(dá)59.6%。此外，該工作也驗(yàn)證了非摻雜UV-OLED在不同場景中應(yīng)用的可行性，包括激發(fā)熒光粉末、人民幣防偽標(biāo)識、驗(yàn)證聚集誘導(dǎo)發(fā)光現(xiàn)象，以及激發(fā)窄光譜材料等。這些結(jié)果為藍(lán)、紫光等短波長有機(jī)發(fā)光材料的設(shè)計(jì)提供了參考，并引起人們對UV-OLED實(shí)際應(yīng)用的關(guān)注。
圖片來源：華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
相關(guān)研究成果以“Realization of high-efficiencyUV-OLED used as excitation light sources via referenceable crossed long-shortaxis lighting emitter design strategy”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上，其中本文第一作者是博士研究生婁敬麗，碩士郭學(xué)成和博士研究生陳藝超為共同第一作者，通訊作者為王志明研究員，張翰博士為共同通訊作者。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(52473173)、廣東省自然科學(xué)基金(2022B1515020084)、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目(2023B1515040003)、云南省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(202303AC100021)、發(fā)光材料與器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(SCUT) (Skllmd-2024-10)、廣州市科學(xué)技術(shù)計(jì)劃(2023A04J0988)、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研究與發(fā)展計(jì)劃(2024B01040001)、創(chuàng)新技術(shù)委員會(ITC-CNERC14SC01)自主研究項(xiàng)目等科研項(xiàng)目的資助。
（來源：華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
