发光材料与器件国家重点实验室工作简报2025年第1期(总第89期）.pdf

摘要：

新闻动态

广州市天河区陈建荣区长一行来实验室参观调研

1月15日下午，广州市天河区陈建荣区长一行来发光材料与器件全国重点实验室参观调研。

实验室副主任苏仕健教授对调研组的来访表示热烈的欢迎，并详细介绍了实验室的整体情况，近年来在队伍建设、研究方向、承担科研项目及科研创新等方面取得的成绩。

迎新春贺新年 全重第二届乒乓球比赛圆满结束

1月9日，由发光材料与器件全国重点实验室和全重有机光电材料党支部主办的“迎新春贺新年”2025年全重第二届乒乓球比赛在全重1楼举行，吸引了来自实验室和材料学院60多名师生参加比赛。本次乒乓球比赛设置了男单、女单、男双、男单和混双项目，还首次新增了师生赛表演赛。最终，李佳豪、梁萍等共18位同学及老师斩获奖项。

研究进展

发光理论与机制

胡斌教授团队：有机-无机杂化金属卤化钙钛矿的自旋轨道有序效应

本文介绍具备强自旋轨道耦合（SOC）的有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿在发光（PL）、放大自发辐射（ASE）、光诱导磁性、圆偏振发光（CPL）和手性诱导自旋选择性（CISS）等方面表现出的显著影响。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室胡斌教授课题组，在探究SOC在钙钛矿发光中的作用机制研究中取得重要进展。通过理论计算和实验验证，揭示了SOC在钙钛矿发光特性中的关键作用，为光电器件研究提供了新的理论支持。

李远副研究员团队：基于芳香化草酸自由基的稳定电子自旋盘

有机自由基的稳定性在实际应用中至关重要。传统的有机自由基由于其开壳层的特性，通常表现出较高的热力学和动力学不稳定性。为了提高自由基的稳定性，研究者们通常引入电子吸引基团和空间位阻基团来降低自由基与空气中的氧气的反应性。然而，这些方法往往存在产率低和合成复杂的问题。因此，开发具有简单合成过程的稳定有机自由基具有重要意义。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的李远副研究员课题组，设计并合成了一种平面二维芳香草酸自由基（IDF-O8），具有稳定的电子自旋平面结构。IDF-O8在薄膜中表现出窄光学带隙（0.91 eV），并且在808 nm激光照射下粉末温度可达到147 °C，显示出优异的光热转换性能。该工作提供了一种高效的开壳电子自旋平面有机分子的合成路线，与传统的富勒烯、碳纳米管和石墨烯等材料不同，为未来设计电子自旋管或电子自旋球系统提供了新的思路。

新型显示、探测与成像

苏仕健教授团队：用于高性能窄带电致发光与护眼照明的高效三组分激基复合物

硼衍生的多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料兼具100%的激子利用和高的色纯度，在高清显示与护眼照明领域具有巨大的应用前景。但是这类材料的∆EST相对较大，通常表现出较低的反向系间窜越速率(kRISC)和长的激发态寿命，从而加剧STA和TTA过程，造成严重的效率滚降与短的操作寿命，因此，亟待提出有效的策略解决这一关键问题。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室苏仕健教授课题组提出并证明了一个具有多个RISC通道的高效三组分激基复合物，并将其用作主体以制备窄发射及白光OLED器件，实现了破纪录的高效、低滚降MR-TADF OLED及护眼白光器件，有望拓展OLED在高清显示及护眼照明领域的应用。

应磊研究员团队：调控聚合物分子量分布抑制暗电流密度提升有机光探测器性能

有机光探测器（OPD）因其宽光谱响应、高吸收系数、低重量及可集成性，在下一代传感器领域展现出巨大潜力。然而，高暗电流密度限制了其探测性能。半导体聚合物的分子量及分子量分布（Ð）对其能级态密度有直接影响。因此通过经济可行的策略优化分子量和态密度分布，以降低暗电流密度，提高器件探测能力，是实现高性能OPD的重要挑战。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的应磊研究员课题组通过溶液分级法（DFC）精确控制聚合物的分子量分布（Ð），成功制备了窄分子量分布的半导体聚合物，并显著降低了OPD的暗电流密度至1.37×10⁻¹¹ Acm⁻²，同时比探测率（D*）提升至2.19×10¹⁴Jones。该研究揭示了分子量分布对陷阱态密度、能带宽度及注入势垒的影响，为提升OPD性能提供了一种低成本、高效的策略。

有机光伏材料与器件

实验室多团队合作：有机界面层诱导多重自组装形貌实现倒置有机太阳能电池性能大幅提升

阴极界面材料对于光电器件至关重要，使得高功函的阴极成为可能，从而避免钙、钡等水氧极度敏感的金属。研发适合于在空气中大面积印刷的阴极界面材料，以及深入理解界面调控机制具有重要意义。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的何志才、朱旭辉、彭小彬教授合作，利用Phen-NaDPO（图1）的自组装特性，实现了高效率倒装有机光伏器件，深入揭示其界面修饰机制。

何志才教授团队：吸附诱导空穴传输层实现效率超19%的稳定无PEDOT有机太阳能电池

有机太阳能电池（OSCs）因其轻质、柔性和低成本的溶液加工特性而备受关注。然而，进一步提升其光电转换效率（PCE）和稳定性仍面临挑战。空穴传输层在OSCs中起着关键作用，常用的PEDOT:PSS空穴传输层因酸性腐蚀透明电极ITO，限制了器件稳定性。因此，开发高性能、稳定的空穴传输层材料是实现高效OSCs的关键。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的何志才教授课题组通过界面工程策略，利用二维二硫化钨（WS₂）纳米片自组装在氧化钼（MoOx）修饰的ITO基底上，构建了一种复合空穴传输层，实现了高效且稳定的有机太阳能电池。基于该结构的有机太阳能电池光电转换效率达到19.23%，为无PEDOT:PSS的单结二元OSCs中的最高效率，并展现出优异的器件稳定性。

何志才教授团队：配体官能化的MXenes作为有机太阳能电池的阳极和阴极界面

有机太阳能电池（OSCs）中界面层的选择要考虑到与活性层的能级匹配及其电荷迁移率。考虑到传统有机界面材料普遍存在功函数难以调节和迁移率低的问题，开发兼具可调能级和高电荷迁移率的新型界面材料迫在眉睫。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的何志才教授课题组以具有优异电荷传输能力的Ti3C2TX MXenes材料为基础界面层，采用O-封端和NH2-封端策略，实现了具有可调功函数的两性界面，可分别用于OSCs的空穴传输层（O-MQD HTL）和电子传输层（E-MQD ETL）。研究发现，表面封端和Ti3C2TX基质之间的强电子耦合相互作用使得O-MQD HTL和E-MQD ETL具有可调的功函数和令人满意的导电性。结果显示，在二元D18:L8-BO体系中，基于O-MQD HTL的正置OSCs和基于E-MQD ETL的倒置OSCs的光电转换效率（PCE）分别高达18.75%和18.15%。更重要的是，本研究开发出的界面还可推广到其它有机光电器件中。在有机光电探测器中（OPDs），与使用传统电荷传输层的器件相比，采用E-MQD ETL和O-MQD HTL的OPDs具有更高的比探测率，分别为1.24×1013和 1.10×1013Jones。这一研究为设计用于有机光电器件的多功能高效界面提供了重要技术突破。

应磊研究员团队：调控本体异质结溶液中聚合物临界浓度提高有机光伏效率

有机光伏（OPV）因其轻质、柔性和溶液可加工性备受关注，但给体聚合物的批次不稳定性阻碍了其规模化应用。精准调控不同分子量组分的聚集行为对提升OPV性能至关重要。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的应磊研究员课题组利用聚合物溶液的临界浓度（c*）调控策略，实现了对给体聚合物的聚集行为精确控制，从而提升有机光伏器件效率。该研究揭示了低分子量组分的c*在混合分子量溶液中的作用，并建立了c*对PCE的指导作用，为高性能有机光伏的规模化制备提供了新的思路。

应磊研究员团队：通过“有机-共轭双网络”形貌研究可拉伸有机光伏器件的性能增强机理

可拉伸高分子光电器件是基于共轭高分子的独特器件，具备在承受机械应变时仍能维持其光电性能的能力，在可穿戴电子、可拉伸显示等领域展现出广阔的应用潜力。但可拉伸有机太阳电池的发展仍面临着挑战，对光伏活性层在拉伸过程中的形貌演变与效率之间关系的理解还有欠缺。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的应磊研究员和钟文楷副教授，通过物理共混热塑性弹性体，力求达到光伏性能和拉伸性能的平衡，并且利用X射线分析等手段对形貌进行详细的研究，提出了有机光伏活性层结构中的“有机-共轭双网络”形貌的结构，对可拉伸有机光伏器件在拉伸过程中的性能增强机理和失效分析有重要意义。

应磊研究员团队：通过环烷氧化优化聚合物空穴传输材料，以获得高效的钙钛矿太阳能电池

在反式钙钛矿太阳电池中，空穴传输材料在改变钙钛矿晶体质量、空穴传输提取等方面起着关键作用。其中聚合物空穴传输材料具有优异的成膜性和稳定性，便于大规模生产制造。但常见的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)的极性低、缺少钝化基团、能级不匹配等缺点限制了其在反式钙钛矿太阳电池的应用。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的应磊研究员课题组设计并合成了两种新型聚合物空穴传输材料PTAAO5和PTAAO6，通过调控烷氧环基团有效钝化钙钛矿下界面缺陷、延长共轭长度和改善能级排列，起到了一石三鸟的作用，其中基于空穴传输材料PTAAO6的钙钛矿太阳电池获得了25.19%的光电转换效率，这是当时基于新型聚合物空穴传输材料的反式钙钛矿太阳电池的最高效率，并为设计高性能钙钛矿太阳能电池提供了重要的方法。

应磊研究员团队：降低空穴传输聚合物的能量无序性提升钙钛矿太阳电池效率

钙钛矿太阳电池（PSC）的性能受空穴传输层（HTL）的影响，其中溶液可加工的聚合物HTL因其良好的光电特性和长期稳定性备受关注。然而，无定型聚合物HTL的能量无序性会导致载流子传输受限，增大器件能量损失。降低能量无序度可减少陷阱态密度，优化能级匹配，并提升电荷提取效率。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的应磊研究员团队在 Small 期刊发表研究，通过降低HTL的能量无序度，显著提升了PSC的性能。研究团队设计了一种新型低能量无序度聚合物PF8ICz，π 共轭扩展有效减少了主链结构弛豫，降低了能级波动。PF8ICz 在PSC中展现出优异的载流子输运能力、增强的钙钛矿亲和力/界面钝化效应，以及更合适的能级匹配，有效提升了器件的电荷提取效率和薄膜结晶质量。

黄飞教授团队：通过互连层工程实现高性能和稳定的钙钛矿/有机叠层太阳能电池

太阳能电池在新能源领域具有重要意义。有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有成本低、柔性好、重量轻、可溶液加工等突出特性，可通过大面积溶液加工制备，显示出其在实际应用中的巨大潜力。另一方面，钙钛矿/有机叠层太阳能电池能够通过对太阳光谱的选择性吸收减少损耗，从而获得更高的理论效率极限。在叠层电池中，互连层起到非常关键的作用。然而，当两个子电池的载流子传输不平衡时，互连层往往会产生损耗，降低叠层器件的整体性能。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室黄飞教授、张凯教授团队在这一领域取得了重要突破。他们设计了一种新的互连层结构，成功解决了载流子失衡带来的损耗问题。

无机发光与光纤激光

叶柿教授团队：一维锰卤化物 自旋反铁磁有序排列抑制能量迁移实现高效发光

过渡金属离子电子自旋间的相互作用可以影响这类材料的发光性质，是一种新调控策略，在照明显示用发光材料、自旋-光子学具有潜在应用。早期在Mn2+掺杂的半导体材料中证实光可以诱导材料激子自发磁化，进而调控半导体中激子和Mn2+的光致发光行为。近年研究表明Mn2+-Mn2+自旋交换作用可以有效缩短Mn2+的发光寿命，可缓解Mn2+掺杂发光材料在高通量密度光子激发下的发光饱和现象。同时，Mn2+-Mn2+自旋交换作用要求较高Mn2+掺杂浓度和较短的Mn2+离子间距，这使得激发光能量易于迁移至猝灭中心导致Mn2+发光猝灭，严重阻碍了这类材料的应用。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的叶柿教授课题组和华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心韩一波教授以及桂林理工大学尹从岭研究员合作，利用变温光致发光和磁光光谱阐明了含一维MnCl6链的金属卤化物杂化材料(CH3)4NMnCl3(TMMC)中自旋有序排列对激发光能量迁移的影响。该研究以具有孤立[Mn3Cl12]6-三聚体的(CH6N3)2MnCl4(GUA)和掺Cd²⁺的TMMC为参照组，揭示Mn2+自旋反铁磁有序排列对Mn2+离子间能量迁移具有明显的抑制作用，可以减少Mn2+的无辐射跃迁损耗，提高材料发光效率。

前沿交叉

应磊研究员团队：靶向递送基于喹喔啉的半导体聚合物用于肿瘤光热治疗

光热疗法(PTT)因其高特异性和低侵入性而在癌症治疗领域具有巨大潜力。然而，低光热转换效率、肿瘤积累不足和细胞摄取有限继续阻碍PTT治疗肿瘤的有效性。喹喔啉单元具有弱电子接受平面π共轭框架，被广泛用于开发应用于光疗的D-A型共聚物。因此，我们合成了一种基于喹喔啉衍生物的半导体光热剂用于肿瘤光热治疗。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的应磊研究员课题组利用靶向肿瘤细胞的脂质体递送半导体聚合物光热剂PAQI-BDTT(PCE:74%)，实现高效的光热抗肿瘤治疗。此外，该脂质体显著抑制肿瘤生长并有效防止肿瘤复发。

仪器设备

600MHz宽腔固体核磁共振波谱仪 

       固体核磁共振是研究凝聚态物质结构和动力学行为的一种重要谱学表征手段，主要用于各种固体样品和材料的表征测试与过程检测，可进行1H、11B、13C、19F、27Al、29Si、31P等元素的一维及二维固体核磁共振分析，现已广泛应用于多相催化、材料、能源以及生物大分子等诸多领域。其研究对象覆盖了晶态与非晶态、纯态和混合态的各种固态物质。固体核磁共振具有对近程结构变化敏感，针对特定原子核，无损检测的特性，可以在原子分子水平上获得关于凝聚态物质的组成结构、动力学行为和功能方面的多种信息，与X射线衍射等研究固体长程结构的方法形成补充。

实验室新进的600MHz AVANCE NEO宽腔固体核磁共振波谱仪（下图）配备了多种功能性探头：共振频率为109Ag ~ 13C 的7mm双共振HX探头、共振频率为15N ~ 31P 的4mm双共振HX高温探头、3.2 mm四共振 HFXY探头（检测核：1H、19F、X/Y，其中X包括15N ~23Na，Y包括15N ~29Si）、共振频率为15N ~ 31P的 3.2 mm双共振HX探头和共振频率为15N ~23Na 的1.3 mm三共振HFX高转速探头，并配有相应的变温单元，可充分满足各种研究需求。

境内外学术交流来访

l1月3日，华中科技大学唐江教授在全重301会议室作题为“单片集成量子点红外探测器和钙钛矿微显示”的学术报告。

l1月4日，湖南科技大学陈建教授在全重501会议室作题为“光开关荧光聚合物构筑与防伪加密应用”的学术报告。。

l1月10日，太原理工大学苗艳勤副教授在全重501会议室作题为“照明用白光有机发光二极管的研究”的学术报告。

l1月12日，中国科学院理化技术研究所吴雨辰研究员在全重501会议室作题为“液桥限域微加工技术与器件”的学术报告。