发光材料与器件全国重点实验室工作简报2025年第5期(总第93期）.pdf

摘要：

新闻动态

探秘未来之光 点亮科学梦想 实验室开展公众开放日科普活动

为深入贯彻习近平总书记关于科技创新的重要论述，积极响应国家科普号召，发光材料与器件全国重点实验于2025年5月12日至2025年6月6日，面向广大科技爱好者开展以“矢志创新发展 建设科技强国”为主题的公众开放日科普活动。

本次活动通过实验室参观、科普讲座、实验演示等形式，集知识与趣味为一体，带领公众近距离接触前沿科技。活动吸引了广州市第七十五中学、汕尾市陆河县河田中学和广州市第二中学等多所中学的共130余名中学学子前来参加。

研究进展

发光理论与机制

吴宏滨教授团队：超高辐射亮度的近红外有机发光二极管

目前文献报道中的有机近红外发光二极管(OLEDs)仍面临量子效率低、辐射光功率低、寿命短等缺点。特别是受限于器件内激子或载流子间诸多湮灭、竞争性损耗过程导致的效率滚降，当前满足实际应用场景的高效且明亮近红外有机发光二极管仍面临极大的困难，迫切需要新的材料体系和技术路线，实现高亮度的近红外有机发光二极管。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室吴宏滨教授团队提出了抑制有机发光二极管发光效率滚降的新策略，通过降低长寿命三重态激子对单重态激子的猝灭，将器件在直流和脉冲驱动下的临界电流密度分别提高到100A/cm2和10kA/cm2量级，实现了亮度达到地表太阳辐照水平147倍的超高亮度近红外电致辐射。

苏仕健教授团队：超快反向系间窜越的窄光谱含硒电致发光材料

受限于较大的单三线态能隙，窄谱带TADF材料的RISC速率通常较慢，导致OLED器件在高亮度条件下存在严重的效率滚降，亟需新的分子设计策略，以实现兼具超快RISC和窄光谱特性的发光材料。其中，引入硫、硒等重原子可通过增强SOC显著提升RISC速率，从而提高三线态激子利用率。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的苏仕健教授课题组在BN基团构建的多重共振热活化延迟荧光分子中嵌入具有刚性平面结构的五元含硒杂环，在窄光谱发光材料中实现了超快的反向系间窜越过程，并成功应用于高效低滚降有机发光二极管中。

王志明研究员团队：基于负曲率的氮杂八元杂环稠合多环芳烃实现窄谱带深蓝光发射

高色纯度发光材料对于超高清显示与广色域光电应用至关重要。OLEDs作为极具发展前景的显示技术，其器件色纯度可通过引入窄带发射材料显著提升。然而，有机分子中固有的电子-振动耦合效应易导致发射光谱展宽，成为制约色纯度提升的重要因素。为克服这一问题，当前研究主要通过调控分子的电子结构与几何构型来实现发射谱带的有效窄化，并相继开发了一系列窄带发射骨架，包括硼/杂原子体系、羰基/氮、膦氧/氮及吲哚并咔唑等。尽管该领域已取得显著进展，但在电子限域与分子刚性协同构筑方面仍存在进一步提升空间，亟需探索并构建新型窄带发射骨架，以实现光谱调控性能的新突破。

<<>p class="p_text_indent_2 wp_editor_art_paste_p">近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的王志明研究员课题组研究并设计了一种新型的氮杂八元杂环稠合多环芳烃骨架，命名为8NN（图1）。该骨架通过在多环芳烃体系中引入氮杂八元环，构建出具有负曲率的鞍形结构，并实现了电子结构与几何构型的协同精准调控。

王志明研究员团队：基于“交叉长短轴”分子设计策略实现高效率紫外有机发光二极管

紫外（UV）光在光化学和光催化的发展中起着关键作用。目前，实现紫外光的主要手段包括有毒汞灯和发光二极管（LED）。相比之下，有机发光二极管（OLED）由于其轻薄、可弯曲、低功耗和高对比度等特性而被视为新一代的显示和照明技术，有望成为紫外光光源的新载体。然而，短波长有机发光材料宽带隙的特点增加了其电致发光过程中载流子注入和重组的困难。目前仍缺乏有效的分子设计策略来平衡短波长有机发光材料的光色和激子动力学，如何实现高效率、高紫外光占比和高亮度的UV-OLED仍然是一个巨大的挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的王志明研究员课题组基于“交叉长短轴”（CLSA）分子设计策略，采用间位连接进一步缩短共轭程度，设计了能够有效抑制聚集红移的紫外光材料m-Cz。基于m-Cz的非掺杂器件实现了发光峰在382 nm、最大外量子效率为8.3%、UV400为59.6%的紫外光发光，是目前效率最高的非掺杂UV-OLED。此外，由于目前报道的紫外OLED光谱多由紫外光（λ ≤400 nm）和可见光（λ >400 nm）组成，该团队提出了UV400的概念来定义紫外OLED中紫外光的占比，即电致发光（EL）光谱中紫外发射的面积比例。

新型显示、探测与成像

夏志国教授团队：窄带绿光/红光发射玻璃复合材料创制激光荧光显示用图案化荧光转轮

激光荧光显示（LPD）技术以其高亮度、宽色域和无散斑特性等特征成为高端显示（如影院、AR/VR）的理想方案，但其核心挑战在于缺乏能耐受高功率激光（>10 W/mm2）的窄带发射荧光块体材料。商用红/绿荧光粉（如KSF:Mn4+和β-SiAlON:Eu2+）虽具优异发光性能，却难以通过传统烧结制备块体的问题，而有机树脂封装又易因热积累导致效率骤降。因此，开发兼具窄带发射、高热稳定性及高发光效率的荧光块材，成为推动LPD实用化的关键瓶颈。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组利用超低熔点玻璃基体及快速复合技术，实现了基于窄带红/绿荧光粉（KSF:Mn4+/β-SiAlON:Eu2+）的高效玻璃复合材料（PGCs）的快速制备（红光IQE 94.6%，绿光IQE 87.8%），并设计了覆盖125% Rec. 709色域的高稳定性图案化荧光转轮，有望拓展高端激光显示（如影院、AR/VR）领域的应用。

夏志国教授团队：Ce³⁺基杂化溴化物闪烁体的动态X射线成像

Ce3+掺杂发光材料具有纳秒级的发光寿命，使得这类材料在闪烁成像应用中具有潜力，例如，LuAG:Ce³⁺是一种商用的闪烁材料。此外，研究者还报道或正在商用一些Ce³⁺掺杂的卤化物体系，如LaCl3:Ce³⁺、RbGd2Br7:Ce³⁺、GdBr3:Ce³⁺等。然而，这些闪烁材料需要高温制备或者稳定性相对较差。近年来，Ce³⁺基杂化卤化物发光材料成为一个研究热点，且其通常采用相对低成本、低能耗、简便的低温溶液法得到的。因此，创制新型Ce³⁺基杂化卤化物在闪烁发光材料上的应用具有重要的科学意义。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组利用溶液法，得到两例杂化Ce³⁺基溴化物发光材料，分别为[Emim]3CeBr6和[Emmim]3CeBr6 (Emim = 1-ethyl-3-methylimidazolium;Emmim = 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium)，研究了其晶体结构、发光性能与机理，并探索了其在动态X射线闪烁成像领域的应用。

有机光伏材料与器件

李宁教授团队：1-丁醇控制二次结晶以实现高效钙钛矿太阳能电池

实现高效率钙钛矿太阳电池（PSCs）在很大程度上取决于钙钛矿薄膜的质量，因此精确调节钙钛矿薄膜成核和结晶过程以优化晶粒形态、抑制缺陷至关重要。在众多工艺中，反溶剂法由于操作简单、成膜质量高而得到广泛关注。相比于氯苯（CB）与苯甲醚（Anisole）等主流反溶剂，醇类溶剂具有成本低、环境友好等特点，是最有前途的替代品。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的李宁教授课题组利用1-丁醇（BuOH）反溶剂引发钙钛矿二次结晶，减少缺陷并提高薄膜质量。在带隙为1.59 eV的钙钛矿太阳能电池中实现了25.45%的冠军功率转换效率（PCE）和1.223 V的开路电压（VOC），突出了醇类反溶剂在提高器件性能和为高效器件制造提供可持续、可扩展的解决方案方面的潜力。

无机发光与光纤激光

周博教授团队：单波长激发的单颗粒纳米晶全彩发光

镧系发光材料因其丰富的能级结构，在激光、生物成像、信息安全等领域展现出广泛应用前景。然而，传统的上转换和发光材料在固定组成下通常表现出特定的发射颜色。近年来开发的纳米材料需要双波长或多波长激发，导致泵浦系统复杂，而且材料结构复杂容易出现光谱串扰，极大限制了全彩发光材料的开发与应用。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的周博教授团队提出了一种通过时域调控多层核壳结构纳米晶的上转换动力学来实现单波长全色调谐的概念模型。利用Er-Tm-Yb三元体系的协同调制效应，在单一980 nm激光激发下，通过调节脉冲宽度实现 Er³⁺从红光到绿光的动态切换，并利用时间门控技术过滤短寿命信号获得Tm³⁺的蓝光发射。该方法无需传统多波长激发，显著简化了泵浦系统，在全色立体显示、高级防伪等领域具有重要应用。

前沿交叉

彭俊彪、宁洪龙&姚日晖教授团队：预占据间隙位点抑制ALD多组分薄膜的成核延迟现象

为了实现高密度的单位单元，器件的尺寸逐渐减小到几纳米，晶体管的结构也从传统的平面结构发展到更复杂的三维结构。在这种情况下，迫切需要在具有高纵横比的沟槽结构中沉积薄膜。原子层沉积(ALD)是一种基于表面半反应的各向同性沉积技术，它不仅可以在高纵深比结构中具有良好的保形性，也可以灵活和精确控制薄膜的成分和厚度。然而，ALD多组分薄膜沉积过程中的成核延迟导致薄膜厚度和成分偏离预期，其机理仍不清楚。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的宁洪龙研究员和姚日晖教授课题组从原子薄层表面特性和前驱体分子空间位阻的角度揭示了多组分薄膜沉积过程中成核延迟现象的主要机制，并基于此设计了基于三步(ABO) ALD循环的互补超循环工艺，成功抑制了成核延迟并提高了成膜质量。由互补超循环工艺制备的增强型ITZO薄膜晶体管(TFT)实现了出色的电气特性(迁移率(μ):27.31 cm2 V-1 s-1，阈值电压漂移(ΔVth): +0.8V/-0.4V(@±1 MV cm-1，3600 s)。这项工作为ALD制备低缺陷密度的单/多组分氧化物建立了一个通用框架，直接解决了高性能电子制造中的一个关键瓶颈。

马於光教授团队：平面萘二酰亚胺阴离子自由基晶体中的自旋相互作用孤立单体到π聚集体

π-共轭有机自由基由于独特的开壳层特性和在光学、导体和磁性领域的潜在应用而受到广泛关注。这些材料的非凡性质源自其开壳层共轭单元之间的平行堆叠相互作用。如何理解这种相互作用并将其与其它非共价力平衡以调节分子组装，从而实现多功能材料并阐明聚集结构与性质之间的关系，仍然是芳香自由基领域的一个关键问题。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的马於光教授课题组利用不同聚集类型的平面萘二酰亚胺（NDI）阴离子自由基单晶的构建，加深了对自旋相互作用与结构关联的理解，有望拓展有机磁性领域的应用。

殷盼超教授团队：复合质子交换膜赋能高温氢燃料电池

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）因可在100 ℃以上运行以提升电极反应动力学、降低水热管理成本和提高贵金属催化剂使用寿命，成为高能量密度场景的核心方向。然而，开发兼具无水质子传导性、高温机械稳定性、加工柔性及气体阻隔性的质子交换膜（PEMs）仍是全球挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的殷盼超教授课题组采用“刚柔并济”分子工程策略：通过聚合物刷—金属氧簇超分子复合设计出综合性能优异的高温无水质子交换膜。

周城教授团队：基于共轭齐聚电解质和环糊精的主客体抗菌剂

抗生素是现代医学的基石，其中多数最初源于微生物在生存竞争过程中衍生的化学防御策略。然而，细菌可通过基因突变和耐药基因的获取对抗生素产生耐药性，这一过程常因抗生素使用带来的选择压力而加速。尽管需求迫切，新型抗生素的研发却愈发困难，因为传统天然来源的易获取化合物库已趋枯竭。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的周城教授课题组利用超分子策略，通过将共轭齐聚电解质(COEs)分子DY6与磺丁基醚β-环糊精钠（SβCD）复合，形成主客体包合物DY6@SβCD，实现了显著改善生物相容性的同时维持优异的抗菌性能，有望拓展超分子抗菌领域的应用。 

仪器设备

紫外可见近红外分光光度计

      紫外-可见分光光度计是基于紫外可见分光光度法原理，利用物质分子对紫外可见光谱区的辐射吸收来进行分析的一种分析仪器。主要由光源、单色器、吸收池、检测器和信号处理器等部件组成。适用于定量分析、材料表征、生物检测、工业控制等众多领域。

境内外学术交流来访

l5月7日，吉林大学李峰教授在全重501会议室作“双线态自由基发光材料与器件”学术报告。

l5月12日，山东大学解士杰教授在全重501会议室作题为“CISS effect in organic chiral devices”的学术报告。

l5月22日，西班牙马德里自治大学Daniel Jaque教授在全重501会议室作题为“Inovative (Bio-) Imaging and Sensing with InfraredNanoparticles and Al”的学术报告。

l5月29日，华中科技大学韩一波教授在华工14号楼305会议室作题为“脉冲强磁场对卤化物发光性质的调控”的学术报告。