近日，青科大高分子学院薛善锋教授团队在材料领域国际一流期刊《Advanced Functional Materials》上（中科院JCR一区TOP期刊，影响因子18.808）发表了题为“Efficient Non-Doped Blue Electro-fluorescence with Boosted and Balanced Carrier Mobilities”的研究成果。高分子学院硕士研究生王润泽为第一作者，金沙集团1862cc为第一完成单位和通讯单位。
高效蓝光材料是影响有机发光二极管（OLED）全色显示与白光照明发展的最关键材料。而蓝光材料受固有宽带隙的限制，存在高的载流子注入势垒和不平衡的载流子迁移率，严重制约着OLED显示领域的商业发展。因此，如何解决蓝光宽带隙与高载流子注入/迁移间的矛盾，是实现高载流子迁移率、高发光效率、低效率滚降、高色纯度等综合性能优异的电致蓝光材料与OLED器件的关键科学问题。
团队成员围绕这一关键问题，在高效率纯有机蓝光材料迁移率与OLED器件方面取得新进展。创新性地设计合成了基于苯基咔唑、三苯胺为电子给体（D）、噁二唑为电子受体（A），芴为共轭桥（π）的D-A型和D-π-A型两种体系有机蓝光分子，系统地研究了不同分子结构特点对有机蓝光分子的光物理性质、热性质、电性质及非掺杂OLED蓝光器件性能等方面的影响规律。研究发现：在D-π-A型分子体系中，芴桥的引入具有双重功能作用，既可以形成杂化局域电荷转移激发态（HLCT态），赋予蓝光分子较高的荧光效率，又可以调控分子间合适的堆积模式，提高/平衡载流子迁移率。通过调控不同给体结构的种类和键接位置，可以实现蓝光分子的空穴迁移率逐渐提高并达到平衡（TPACFOXZ：空穴迁移率为5.60 × 10−5cm2V−1s−1和电子迁移率为6.60 × 10−5cm2V−1s−1）和光色的调控（深蓝光到蓝光发射）。基于D-π-A型分子TPACFOXZ为发光层的非掺杂器件结构，实现了低启亮电压（2.6 V）、高外量子效率（~10%）、高发光亮度（32375 cd/cm2）和高色纯度（CIE: 0.147, 0.186）的非掺杂蓝光OLED器件，且当发光亮度在1000 cd/m2时，器件的外量子效率无任何效率滚降，显示出优异的器件稳定性，这是目前国际上报道的同类非掺杂结构蓝色荧光OLED器件中的最佳性能。该研究成果为设计高效率和高/平衡载流子迁移率的深蓝到蓝光发射的荧光材料提供了可行的分子设计新策略，揭示出芴为π共轭桥可以使一些构型扭曲较大，本来无法形成规整堆积的给体，通过芴桥π堆积作用的调控能够形成有效的载流子传输通道提高OLED器件性能，同时也展现出芴为π共轭桥的D-π-A型结构蓝光分子在OLED显示和照明领域中具有巨大的商业应用价值。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202201143
本工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高等学校青创人才引育计划团队建设、吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室开放课题等项目的资助。
