撰稿 | OSANJU 周倩苇
近日，来自美国与意大利科学家们Alessandro Minotto, Ibrahim Bulut等人发表了题为“Towards efficient near-infrared fluorescent organic light-emitting diodes”的高水平论文。能隙定律（EG律）和聚集猝灭是近红外（NIR）有机发射器设计中需要解决的主要问题。该文章协同解决这两个局限性取得了空前的成果，提出了具有增加长度的卟啉低聚物，以减弱EG律的作用，并通过设计侧链以抑制聚集猝灭。该工作中的非辐射率与EG的对数变化率被抑制了一个数量级，并且通过展示平均外部量子效率约为1.1的有机发光二极管来补充说明这一突破。还提出了支持三重态到单重态转换的有源层内部量子效率的新型定量模型。这些结果为设计高亮度NIR发射器提供了一般策略。该文章已发表在Light: Science & Applications 期刊上。
近红外（NIR）发射器在从光动力疗法到安全与防御的各种应用中的集成引起了科学家们研究的极大兴趣。近来对NIR有机发光二极管（OLED）的大多数研究都集中在稀土和过渡金属络合物，小分子，共轭聚合物及其组合上。然而，发射NIR中有机发射体的效率受到某些固有限制的阻碍。
首先，达到足够小的EG所需的延长的共轭长度决定了非常平面的分子构象，这反过来又会形成发射性差的H型聚集体。
对于无辐射过渡，“能隙定律”（EG-law）代表了可能更大的障碍。随着两个电子状态之间的EG减小，两个电子状态之间的跃迁速率呈指数增加，通常在实验上观察到具有EG的光致发光产量的下降。
钙钛矿甲基铵卤化铅和量子点之类的有机/无机混合创新材料可能提供高的外部量子效率（EQE）替代品，但它们的重金属含量最终将阻止它们在大多数应用中使用。
通过利用三重态，但通过使用“不含重金属”的材料实现了近红外的发射，但到目前为止，对于高效设备而言，仅在波长小于800nm时才可以实现。如果卟啉通过具有单键（间-乙炔键）或双三键（内-丁二炔键）的共轭桥连接，其缀合长度可基本扩展到整个分子。该方案因其潜在的可调谐性而特别吸引人，因为通过增加卟啉单元的数量，可将发射光从可见光范围调谐到850nm以上的波长，同时在稀溶液中仍保持30％左右的光致发光效率，见图1。
图1 OLED特性
该文献研究了一系列荧光“无重金属”卟啉低聚物，其长度不断增加，以增加单线态和三重态的空间范围的不匹配，降低了系统间交叉，从而减轻非辐射态的增加频率knr,同时增加振荡器的强度和辐射率kr。还将这种策略与侧链的分子设计相结合，以抑制聚集猝灭，从而实现高达30％的光致发光 效率和远高于800nm的波长的发射。
通过在OLED中掺入F8BT：1-P6（THS）共混物已证实了基本的光物理和材料设计的突破，通过这种共混物证明了在850nm峰值波长处的平均EQE为1.1％，最大EQE为3.8％。固态薄膜中F8BT：1-P6（THS）共混物的光学性质见图2。在一个新的定量模型的框架内分析了结果，这暗示了反向系统间交叉/热活化延迟荧光（RISC/TADF）的重要性。此文章介绍的EQE是该光谱范围内迄今为止“无重金属”荧光发射器中的最高值。
图2 固态薄膜中F8BT：1-P6（THS）共混物的光学性质
工作结果不仅证明（降低）EG的knr增加得温和，而且最重要的是，它们还为设计高亮度NIR发射器提供了一般策略。在短期内，它们可以使OLED在这个具有挑战性的光谱范围内进一步开发，以用于生命科学，安全工程，园艺和光通信等广泛的潜在应用，减轻即将到来的物联网革命带来的带宽需求。更重要的是，这些发现对一系列学科都具有重要意义。该研究成果以"Towards efficient near-infrared fluorescent organic light-emitting diodes"为题在线发表在Light: Science & Applications。
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https://doi.org/10.1038/s41377-020-00456-8
文章来源：中科院长春光机所 Light学术出版中心
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