深紅/近紅外 (DR/NIR) 有機發光二極管 (OLED) 有望用于夜視可讀標記、生物成像和光動力療法等領域。純有機的熱活化延遲熒光（TADF）材料因具有高的內量子利用效率且不使用貴金屬等優勢，是目前極具潛力的DR/NIR發光材料。目前，TADF材料通常需要借助分子間的相互作用 (π-π堆積和氫鍵等) 實現將發射光譜調諧到 DR/NIR區域的目的。但這種分子間相互作用的存在就像雙刃劍，一方面有助于發光波譜紅移、延伸進入更長的波長區域，但另一方面強烈的分子間相互作用將促進短程 Dexter 能量轉移 (DET) 過程的發生，導致激子淬滅和器件效率急劇降低。
針對這一難題，近日，蘇州大學張曉宏/王凱團隊提出了一種端螺芴給體的設計策略，通過巧妙地調控分子間的相互作用，實現了聚集方式的精確管理，很好地解決了上述矛盾。基于這種策略，他們設計、合成了名為DCN-SPTPA的高效深紅TADF 發光材料，其制備的摻雜OLED器件在656 nm、688 nm、696 nm和716 nm 處分別實現了高達36.1%、29.3%、28.2%和24.0%的外量子效率（EQE），相應的非摻雜OLED器件在800 nm處也取得了高達2.6%的EQE，是目前DR/NIR TADF OLED器件中的最高值。
理論計算表明，端螺芴的引入使得目標分子DCN-SPTPA的HOMO能級與對照分子DCN-PhTPA相比變得更淺，有效地增強了其給體強度，同時還可以很好地保持其高的振子強度（f），有利于實現深紅光發射。值得注意的是，DCN-SPTPA分子外圍的大體積芴基團幾乎不參與前線軌道分布，僅充當發光核的保護傘，可以有效增大分子間的距離，從而有利于抑制三線態相關的DET淬滅過程。
單晶解析結果表明，端螺芴策略的實施對分子間氫鍵相互作用的影響微乎其微，這有助于進一步剛化分子結構，限制非輻射能量的耗散。單晶中，兩個分子均觀察到兩種分子間堆積模式。其中，對照分子同時形成了H聚集和J聚集，其中H聚集體的形成不利于發光過程；而對于目標分子，端螺芴的引入成功實現了對分子間相互作用的擾動，使得DCN-SPTPA分子均采取了J聚集的堆積模式，這使得其可以在實現紅移吸收和發射光譜的同時很好的抑制非輻射躍遷。這一結果也與它們單晶的發光光譜和dimer的相關理論計算結果相吻合，為實現高效的DR/NIR發射奠定了基礎。
光物理測試結果表明，DCN-SPTPA的單體發光明顯更紅，發光波長由對照分子617nm紅移至深紅光區域（峰值：648nm）。在聚集狀態下，得益于更小的單線態和三線態能隙差，DCN-SPTPA展現出更短的延遲組分壽命和更快的反向系間竄越速率。在1%～20%范圍內，DCN-SPTPA實現了大幅度的光譜紅移，紅移值與對照分子相當，且其熒光量子產率僅僅輕微降低，在較寬的濃度窗口內維持了更高的激子利用率。
隨著摻雜濃度的增加，對照分子的EQE大幅降低，僅在低摻雜濃度（1%）時表現出最高的器件效率。相比之下，DCN-SPTPA在1%～100%濃度梯度內的表現出更為優異的抗淬滅特性，EQE提升了1.3～1.4倍，在實現光譜大幅紅移的同時維持超高的EQE，創造了摻雜和非摻雜TADF OLED器件在深紅/近紅外區域新的效率紀錄。
總之，這項工作首次提供了一種行之有效的方法來實現分子間相互作用的精確管理，最終在借助分子間的相互作用實現光譜大幅度紅移，獲得高效DR/NIR發光的同時實現了抗濃度淬滅特性和超高的發光效率，為構建高性能的DR/NIR TADF材料提供了新的研究思路。
中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態環境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業聯合會
江蘇省發展和改革委員會 江蘇省工業和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態環境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監督管理局 江蘇省統計局
北京市化學工業協會 天津市石油和化工協會 遼寧省石油和化學工業協會 內蒙古石油和化學工業協會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業協會 山西省化學工業協會 吉林省能源協會 黑龍江省石化行業協會 浙江省石油和化學工業行業協會 安徽省石油和化學工業協會 福建省石油和化學工業協會 江西省石油和化學工業協會 河南省石油和化學工業協會 湖北省石化行業協會 湖南省石油化學工業協會 廣東省石油和化學工業協會 海南省石油和化學工業行業協會 四川省化工行業協會 貴州省化學工業協會 云南省化工行業協會 陜西省經濟聯合會 甘肅省石化工業協會 青海省化工協會
電話：協會：025-8799064 學會：025-86799482
會員服務部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業務經營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
