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AEM进展报告:非高分子材料发光电化学电池的研究进展

AEM进展报告:非高分子材料发光电化学电池的研究进展 科学材料站
2020-05-27
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导读:本进展报告着重于目前在器件的概念,机制和特性的LECs,使非聚合体材料的利用。对LEC的概述和评估揭示了进一步实现LEC功能化所必须克服的关键方向和剩余问题,这为包含紧急材料的新照明应用提供了一种多功

Nagoya University


导读

发光电化学电池(LECs)已经成为最简单的发光器件之一。事实上,许多LEC是用荧光聚合物生产的;然而,最初的LEC结构需要聚合物和电解质的混合物,因此严格限制了它们的适用性。相比之下,器件技术和材料合成的最新进展为利用非聚合物材料制备LECs开辟了一条道路。
近日,日本名古屋大学的Taishi Takenobu和Jiang Pu等人在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Recent Progress on Light-Emitting Electrochemical Cells with Nonpolymeric Materials”的研究性论文。
本进展报告着重于目前在器件的概念,机制和特性的LECs,使非聚合体材料的利用。对LEC的概述和评估揭示了进一步实现LEC功能化所必须克服的关键方向和剩余问题,这为包含紧急材料的新照明应用提供了一种多功能的方法。



背景简介

1.聚合物LECs的历史发展及挑战
1995年,Pei和同事首次使用共轭聚合物演示了发光电化学电池(LECs)。他们制备了聚(1,4-苯基乙烯)(PPV)衍生物,并将其与聚合物电解质混合作为电化学活性层,使用两个电化学稳定的电极施加电压。在这一发现之后,人们对聚合物LECs(PLECs)的基本机理和应用进行了大量的研究,因为传统的无机发光二极管(led)和有机led需要多层结构来进行载流子注入和输运,而LECs则需要单层结构提供实质性优势。这种简单的装置结构使得装置制造极为容易,并使液相制备方法成为可能,从而产生了低成本和可扩展的固态照明装置。

典型的共轭聚合物具有电化学稳定性。因此,原则上,通过选择合适的电解质,p型掺杂和n型掺杂都是可能的。因此,所提议的p-n结的原位形成是合理的,并且可能是未来照明设备的革命性方法。然而,对于原位电化学p型和n型掺杂,聚合物与阳离子和/或阴离子之间的相容性至关重要,并且当它们的相容性太低时,可能导致聚合物和电解质之间的相分离。此外,由于离子响应缓慢,LECs的开启时间通常很长,并且该响应时间还与离子导电性有关。因此,需要聚合物和电解质的良好组合,所以适用于LECs的聚合物材料大多限于PPV基聚合物。材料的变化是制约LECs实际应用的关键问题之一,而材料的变化对颜色变化和器件的改进至关重要。

2. 非聚合物LECs研究可能
尽管材料的变化仍然是PLEC的一个关键问题,但是已经报道了包含非聚合物材料的多种器件。1996年,Lee和同事首次用金属络合物证明了非聚合LECs。他们用两个电化学稳定的电极制备了一种阳离子钌络合物,该络合物与一个小反离子和外加电压平衡。最近,这类材料被归类为离子过渡金属配合物。重要的是,iTMCs是电化学稳定材料,原则上,p型掺杂和n型掺杂都是可能的。

核心内容

在对阳离子钌配合物进行了令人印象深刻的演示之后,许多研究人员将LECs的概念应用于不同类型的非聚合物材料,如iTMCs、小分子薄膜、树状大分子、钙钛矿、小分子单晶、量子点和2D材料。因此,近年来人们报道了各种各样的器件结构和材料变化,这些研究极大地拓展了LECs的应用前景。在本进度报告中,将突出展示非聚物LEC。作者先解释非聚合体LEC的典型器件结构,其大致可分为三种类型:i)电化学掺杂LEC、ii)离子材料LEC和iii)静电掺杂LEC。最后,作者比较了这些材料的发展,并讨论了易于制造、可扩展和功能性固态照明设备的未来前景。

图1. 三种LEC结构的示意图。

Schematic illustration of the three types of LEC structures. a) The electrochemically doped LECs consist of a mixture of light-emitting materials and electrolytes as active layers and two electrochemically stable electrodes. b) The ionic-material LECs using light-emitting cations with counter anions. In principle, this device does not require the addition of an electrolyte because of the ions in the materials. c) Electrostatically doped LECs with a binary structure. The active layers are completely separated by electrolytes, in which the interface of the light-emitting materials and electrolytes induces electrostatic doping..


文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201908641

老师简介:

Taishi Takenobu 教授

Taishi Takenobu自2016年起担任日本名古屋大学应用物理系教授。他于2001年获得日本先进科学技术研究所(JAIST)材料科学博士学位。在索尼公司(Sony Corporation)获得半年研究奖学金后,他成为日本东北大学材料研究所(Institute of Materials research)的助理教授(2001年)和副教授(2007年)。2010年,他被聘为日本早稻田大学副教授,2013年升任教授。他的研究兴趣包括有机和低维材料的物理性质。


Jiang Pu 教授

Jiang Pu是日本名古屋大学应用物理系助理教授。他在日本早稻田大学获得了应用物理学的学士和硕士学位。2017年,在教育、文化、体育、科学和技术部(MEXT)的资助下,他在早稻田大学理工科的领先研究生课程中获得博士学位。在博士期间,他还担任日本科学学会(JSPS)青年科学家研究奖学金。他的研究兴趣包括二维材料的电子和光电特性以及器件应用。


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