近兩年來，我校化學(xué)化工與材料學(xué)院許輝教授課題組在高能隙電致磷光主體材料及器件方面開展了大量工作，累計在化學(xué)學(xué)科頂級期刊《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society, IF = 9.907）、《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition, IF = 13.455）和化學(xué)學(xué)科權(quán)威期刊《歐洲化學(xué)》（Chemistry-A European Journals, IF = 5.926）、《化學(xué)通訊》（Chemical Communication, IF = 6.169），以及材料學(xué)科頂級期刊《先進材料》（Advanced Materials, IF = 13.877）和《化學(xué)材料》（Chemistry of Materials, IF = 7.286）上發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文10篇。其中，《德國應(yīng)用化學(xué)》和《美國化學(xué)會志》是化學(xué)學(xué)科的頂級綜合性期刊，其對所錄用工作的原創(chuàng)性、重要性、新穎性、通用性等有極高的要求。此次也是我校首次在化學(xué)學(xué)科頂級期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文。
據(jù)了解，有機光電功能材料具有優(yōu)異的光學(xué)和半導(dǎo)體特性，是未來能源信息領(lǐng)域發(fā)展的重要支撐性研究方向之一。自上世紀(jì)80年代以來，經(jīng)過三十多年的迅猛發(fā)展，有機光電功能材料已經(jīng)基本涵蓋了平板顯示、節(jié)能照明、光伏打、薄膜晶體管和非線性光學(xué)等諸多高新科技領(lǐng)域，材料及其器件性能得到了顯著提升。然而，由于有機材料的光學(xué)和電學(xué)性能與有機分子的前線軌道直接相關(guān)，在更進一步提高材料性能時往往無法兼顧電學(xué)和光學(xué)性能，也就是無法同時獲得光學(xué)和電學(xué)性能兼優(yōu)的高性能材料。因此，光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)之間的矛盾成為制約有機光電功能材料進一步發(fā)展的主要矛盾之一。
許輝教授課題組主要是針對“電致磷光藍光主體材料高的三線態(tài)激發(fā)態(tài)能級和良好載流子傳輸能力難以兼顧”這一瓶頸課題，以芳香膦氧化合物為主要研究對象，提出了短軸修飾型、間接連結(jié)型和多重共軛打斷型等多種用于構(gòu)筑高能隙主體材料的鏈接策略，實現(xiàn)了具有高三重態(tài)能級的復(fù)雜共軛體系。同時，在此基礎(chǔ)上通過調(diào)控分子構(gòu)型及合理設(shè)計基團間連接方式成功實現(xiàn)了對主體材料光電性能的可控調(diào)節(jié)。繼在《先進材
料》上報道了基于二苯并呋喃膦氧主體材料的啟亮電壓為2.6 V的超低壓驅(qū)動電致藍光/白光器件后，近期，他們又利用二苯并呋喃較高的三線態(tài)激發(fā)態(tài)能級（~3.2 eV）作為基礎(chǔ)，分別將空穴傳輸型咔唑基團和電子傳輸型二苯基膦氧基團引入到體系中，通過間位連接和短軸連接混合修飾的方法進行功能基團拼接，從而有效抑制了功能基團間的相互作用及其導(dǎo)致的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)。在通過增加分子共軛面積降低分子單線態(tài)激發(fā)態(tài)能級的同時，分子的三線態(tài)能級（~2.9 eV）不隨分子結(jié)構(gòu)的變化而變化，最終實現(xiàn)了對激發(fā)態(tài)能級的可控調(diào)節(jié)。將其作為電致磷光藍光二極管的主體材料，在較高發(fā)光效率（外量子效率約為12%）的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了極低的驅(qū)動電壓：器件在2.4 V下啟亮，僅比理論極限高0.3 V，甚至低于光子能對應(yīng)的啟亮電壓（2.6 V），達到顯示亮度（100 cd m-2）僅需2.8 V，達到照明亮度（1000 cd m-2）僅需3.5 V。完全可以應(yīng)用于便攜式顯示終端（如手機、ipad等）和高效便攜式照明設(shè)備上。此項研究工作使得電致磷光藍光器件驅(qū)動電壓首次突破2.5 V。最近，他們又以二苯并噻吩為生色團，通過短軸修飾策略構(gòu)建了兩種具有高三重態(tài)能級（~3.0 eV）的主體材料，利用噻吩基團中硫原子和鄰近磷原子間的反饋鍵作用，成功實現(xiàn)了對材料電學(xué)性能的選擇性調(diào)控，即芳香膦氧基團的引入僅提高材料的電子注入和傳輸能力，而不影響材料的空穴注入能力和光學(xué)性能。以此類材料為電致磷光藍光/白光器件的主體材料實現(xiàn)了目前文獻報道最低的驅(qū)動電壓（啟亮電壓2.4 V，100 cd m-2下2.8 V，1000 cd m-2下3.2 V）和極高的發(fā)光效率（外量子效率達14%，功率效率超過35 lm W-1），是目前已知最好的超低壓驅(qū)動有機電致發(fā)光藍光/白光器件。相關(guān)工作于近期發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）和《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）上。第一作者為我校碩士研究生韓春苗同學(xué)，第一完成單位為黑龍江大學(xué)功能無機材料化學(xué)教育部重點實驗室。
附：許輝：專注源于熱愛 成功藏于點滴
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