分子内非共价作用调控实现高性能OLED红光材料

有机发光二极管(OLED)作为新型显示技术已经在高端手机、平板电脑、智能穿戴和电视等领域获得了广泛应用。高效稳定的三原色有机发光材料是OLED产业的核心材料，其中受限于能隙定律的快速非辐射衰减过程，高效率红光材料的发展始终面临挑战。另外，红光和近红外光（NIR）有机材料和器件在信息安全、生命健康等重要领域也具有广泛的应用。因此，开发具有应用前景的长波长发光材料一直受到学术界和产业界的特别关注。目前，在发展可替代铱配合物的掺杂红光材料研究中仅有少数关于单核磷光铂配合物和纯有机热激活延迟荧光（TADF）的报道。然而，这些发光材料通常具有较长的激发态寿命，导致器件在高亮度下具有严重的效率滚降和使用寿命问题。另一方面，无论是基于金属配合物的磷光还是纯有机TADF在掺杂NIR-OLED上都面临发光效率低的难题，比如在700 nm以上的波段范围内，外量子效率（EQE）>10%的报道仍然很少。

Figure 1. (a) Illustration of the orbital diagrams and decay dynamics (k_r and k_nr) of ³MLCT and ³IL excited states. (b) The formation and orbital diagrams of MMLCT excited states for square-planar Pt(II) complexes. (c) Trigonometry analysis of the intermetallic distance dependent on the bridging ligand. (d) Chemical structures and (e) perspective view of the single crystal structures of the dinuclear Pt(II) complexes 1−3 in this work.

具有金属-金属作用的过渡金属配合物已经被证明可产生高辐射速率的三重态激发态，有关其机理的研究已经有近三十年历程（Figure 1）。近年来，铂配合物的聚集体用于红光和近红外OLED也证实了这一原理用于OLED的可行性。然而，聚集体发射需要采用高浓度掺杂或者非掺杂的发光层、且其发光性质严重依赖于分子固体的堆积模式，对严格控制器件的制造条件和优化提出了挑战，目前的研究表明该类型器件可能面临严重的使用寿命问题。

针对上述挑战，深圳大学杨楚罗教授和李凯助理教授团队设计合成了一种新型的双核铂配合物，通过刚性分子桥强化分子内金属-金属作用，实现了不依赖于分子间堆叠的高性能的红光和近红外光OLED。源于分子内的强Pt-Pt和π-π作用，该类材料体系具有良好的热稳定性，与四齿配体铂配合物相当，其红光和NIR光致发光效率分别超过60%和40%、且发光寿命短至1微秒左右。作者采用传统掺杂工艺基于这类材料制备了蒸镀型红光和近红外光OLED器件，其外量子效率分别达到23%和15%（Figure 2），且效率滚降和器件寿命均有良好的表现，有望替代目前产业上普遍使用的红光铱配合物，展现了该类材料的应用前景。

Figure 2. (a) Normalized EL spectra of the red and NIR devices. (b) CIE_x,y coordinates and photographs of the operating devices at 1000 cd m^-2. (c) J-L-V characteristics and (d) EQEs versus the luminance of the red OLEDs doped with 1 (12 wt.%) or 2 (9 wt.%). (e) J-R-V characteristics and (f) EQEs versus the radiance of the NIR OLED doped with 3 (6 wt.%).

本论文发表于Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202113718，深大大学为唯一完成单位，深圳大学材料学院助理教授李凯和特聘教授杨楚罗为共同通讯作者。深圳大学材料学院副研究员张友明博士、助理教授缪景生博士和研究生熊金帆为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省科技厅基础与应用基础研究基金和高层次人才计划、深圳市孔雀团队，深圳市高层次人才项目等科技计划的支持。论文详细情况请见https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113718。