实验室赵祖金教授团队：纯有机室温磷光敏化剂制备高性能超荧光OLED

有机发光二极管（OLED）是一种具有自发光、轻薄、柔性、节能等优势的新型显示和照明技术。在基于多重共振延迟荧光（MR-TADF）材料的OLED器件中，引入磷光材料作为敏化剂，可以得到高效率、窄光谱、长寿命的超荧光OLED器件，在超高清显示领域中有较好的应用前景。不同于传统金属络合物磷光材料，纯有机室温磷光（RTP）材料成本低廉，对环境友好，更有利于大规模生产。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的赵祖金教授课题组设计并合成了一个基于硫的重原子效应的新型高效RTP分子3,2-PIC-TXT。由于硫的重原子效应，3,2-PIC-TXT的磷光辐射跃迁速率（kphos = 6.8 × 105 s–1）、磷光成分占比（rphos = 98.3%）相比此前报道的3,2-PIC-XT（kphos =2.4 × 105 s–1，rphos = 64.6%）都有了显著提升。将3,2-PIC-TXT作为发光客体和MR-TADF敏化剂用于OLED器件制备中，器件电流效率（CE）/功率效率（PE）/外量子效率（EQE）峰值分别达到92.2 cd A–1/96.6 lm W–1/33.2%和150.9‒179.9 cd A–1/165.2‒195.7 lm W–1/40.9%‒43.8%，并且具有良好的稳定性。以上结果有望拓展纯有机RTP材料在OLED中的应用。

纯有机RTP材料在OLED中的激子利用率理论上可达100%，具有一定的应用潜力。然而，受限于现阶段纯有机RTP分子较低的系间窜越速率和磷光量子产率，基于纯有机RTP发光客体或敏化剂的OLED器件性能仍未达到预期，这阻碍了RTP材料在OLED技术中进一步的应用。通过在RTP分子中引入硫原子，利用硫的重原子效应提升了RTP分子的自旋轨道耦合效应，促进系间窜越过程，提高了RTP分子的磷光辐射跃迁速率，缩短了RTP分子的磷光寿命，最终提升了RTP分子的电致发光器件性能。基于以上策略开发的RTP分子3,2-PIC-TXT的掺杂OLED器件的电流效率（CE）、功率效率（PE）和外量子效率（EQE）峰值分别为92.2 cd A–1、96.6 lm W–1和33.2%，效率滚降小，性能优于此前报道的3,2-PIC-XT及金属络合物磷光材料Ir(ppy)3。

将3,2-PIC-TXT、3,2-PIC-XT和Ir(ppy)3作为敏化剂，BN2、tCzphB-Fl和tCzphB-Ph这三种MR-TADF材料作为发光客体，制备了一系列RTP敏化MR-TADF超荧光窄光谱OLED器件。其中，以3,2-PIC-TXT为敏化剂的超荧光器件效率最优，其CE、PE和EQE分别达到150.9‒179.9 cd A–1、165.2‒195.7 lm W–1和40.9%‒43.8%。基于3,2-PIC-TXT敏化剂和tCzphB-Fl客体的超荧光器件稳定性优于3,2-PIC-XT敏化和无敏化剂的器件。综上所述，含硫的RTP敏化剂提升了MR-TADF器件的效率和稳定性，使器件的综合性能达到了领先水平（图1），使RTP分子在OLED显示技术中的应用成为可能。

图1 RTP敏化MR-TADF器件性能总结

相关研究成果以“Purely organic room-temperaturephosphorescence sensitizers for highly efficient hyperfluorescence OLEDs”为题发表在Science Advances上，其中通讯作者为赵祖金教授，第一作者为曾嘉杰博士。该研究工作得到了国家自然科学基金（22375066、U23A20594）和广东省基础与应用基础研究基金（2023B1515040003）等科研项目的资助。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt7899