紫外（UV）光在光化學和光催化的發展中起著關鍵作用。目前，實現紫外光的主要手段包括有毒汞燈和發光二極管（LED）。相比之下，有機發光二極管（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，有望成為紫外光光源的新載體。
然而，短波長有機發光材料寬帶隙的特點增加了其電致發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計策略來平衡短波長有機發光材料的光色和激子動力學，如何實現高效率、高紫外光占比和高亮度的UV-OLED仍然是一個巨大的挑戰。
近日，華南理工大學發光材料與器件全國重點實驗室的王志明研究員課題組基于“交叉長短軸”（CLSA）分子設計策略，采用間位連接進一步縮短共軛程度，設計了能夠有效抑制聚集紅移的紫外光材料m-Cz。基于m-Cz的非摻雜器件實現了發光峰在382 nm、最大外量子效率為8.3%、UV400為59.6%的紫外光發光，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，該團隊提出了UV400的概念來定義紫外OLED中紫外光的占比，即電致發光（EL）光譜中紫外發射的面積比例。
CLSA策略是一種用于構筑高性能短波長光發光材料的分子設計策略，通過在電荷轉移（CT）態主導的分子短軸和局域態主導的分子長軸之間構建一個近似垂直的扭轉角來分離載流子注入和激子輻射。由發光基團組成的分子長軸保證了高的光致發光外量子效率（PLQY），而短軸的給受體結構能夠改善載流子的注入和傳輸，高能級的CT態有助于打開熱激子通道，實現更高的激子利用率。
因得益于CLSA策略在構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的紫外發光和57.6%的PLQY。在摻雜和非摻雜OLED中，m-Cz的發光峰均保持在382 nm，這說明間位連接有效地抑制了聚集狀態下的光譜展寬和紅移。
在摻雜器件中，m-Cz的EQEmax高達10.6%，UV400高達57.5%，在非摻雜器件中，m-Cz的EQEmax高達8.3%，UV400高達59.6%。此外，該工作也驗證了非摻雜UV-OLED在不同場景中應用的可行性，包括激發熒光粉末、人民幣防偽標識、驗證聚集誘導發光現象，以及激發窄光譜材料等。這些結果為藍、紫光等短波長有機發光材料的設計提供了參考，并引起人們對UV-OLED實際應用的關注。
圖片來源：華南理工大學發光材料與器件全國重點實驗室
相關研究成果以“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基金(52473173)、廣東省自然科學基金(2022B1515020084)、廣東省基礎與應用基礎研究基金項目(2023B1515040003)、云南省科技廳重點項目(202303AC100021)、發光材料與器件全國重點實驗室(SCUT) (Skllmd-2024-10)、廣州市科學技術計劃(2023A04J0988)、廣東省重點領域研究與發展計劃(2024B01040001)、創新技術委員會(ITC-CNERC14SC01)自主研究項目等科研項目的資助。（來源：華南理工大學發光材料與器件全國重點實驗室） |
