实验室应磊研究员&马於光教授团队：效率超过20%的非掺热激子蓝光OLED

高效蓝光OLED仍是难题。非掺杂单组分器件可简化制备，但三线态积累易猝灭，需快速实现三线态向单线态转化。热激子机制可经高位T_n的hRISC加以利用。本文以䓛为核心合成pTCN与mTCN，通过取代位点调控能级。pTCN满足ΔE _Tn–S1 > 0，k_hRISC约1×108 s⁻¹且PLQY超过80%，其非掺杂深蓝器件EQ_Emax 20.3%，CIE坐标（0.150, 0.073）。

近日，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、马於光教授课题组利用䓛基热激子发光体的能级排列调控，获得非掺杂深蓝OLED最高外量子效率20.3%且色坐标（0.150,0.073），有望拓展高色纯显示与简化制备工艺的蓝光OLED应用。

pTCN与mTCN两者以䓛为核心，外接三苯胺与萘。mTCN因间位取代更扭曲，共轭与HOMO–LUMO重叠减弱；溶致变色给出激发态偶极矩pTCN12.55 D、mTCN17.97 D，表明均具HLCT特征。晶体中弱π–π堆叠与C–H···π作用抑制猝灭，蒸镀膜PLQY为81.5%与51.9%。pTCN的k_hRISC达1.0×108 s⁻¹，高于mTCN的0.7×108 s⁻¹，且k_ISC与T₂→T₁的k_IC更低。

制备pTCN与mTCN非掺杂OLED。mTCN器件在422 nm深蓝发射，CIE(0.159,0.049)，EQE_max 5.3%；pTCN峰位444 nm，CIE(0.150,0.073)，EQE_max 20.3%；更换传输层，效率仍达19.3%。pTCN稳定性更优，按n=1.75估算在100 cd m⁻²寿命约1030 h，约为mTCN的12倍。η_out约31%与21%，对应激子利用率约80.2%与50.0%。TREL显示延迟荧光占比约1%，随电压变化不大，TTA特征较弱。

为解释pTCN与mTCN电致发光差异，计算结果显示两者S₁与T₁–T₅的NTO与SOC相近，说明SOC差异较小，发光差异来源于能级排列。77 K甲苯荧光与磷光谱得到pTCN的S₁/T₁为3.01/2.21 eV，mTCN为3.16/2.25 eV，且ΔET₁–S₁>0.8 eV，排除TADF。ns-TA显示10 µs内在约1380 nm处有强吸收，据此估算T₂分别为3.11与3.15 eV。pTCN中T₂高于S₁，T₂→S₁的hRISC具有热力学优势；mTCN中T₂低于S₁，hRISC需热激活。温度依赖TRPL表明pTCN延迟寿命基本不变，而mTCN随温度升高显著变长，反映两者hRISC与ISC竞争及热力学差异。

为研究电致发光中三线态动力学，在77 K下引入三线态敏化剂测稳态谱。以苯乙酮Acet（T₁=3.16 eV）和二苯甲酮Bp（T₁=3.00 eV）为敏化剂。Bp与pTCN或mTCN混合延迟10 ms仅见Bp发光，说明因Bp三线态能级偏低，难以向发光体发生Dexter能量转移。Acet:pTCN体系出现仅归属pTCN的延迟荧光，表明其高位三线态可经hRISC有效回到S₁；而Acet:mTCN仅见Acet发光，77 K下几乎无显著hRISC。由于mTCN中T2略低于S₁且khRISC与kIC相近，低温时内转换T₂→T₁占优，长寿命信号归因于T₁磷光，室温因非辐射加速而不显现。

总之，以䓛为核心合成热激子材料pTCN与mTCN，薄膜均呈高PLQY深蓝光。因取代位点不同，pTCN中T_n略高于S₁，放热hRISC达1×10⁸s⁻¹并抑制内转换，非掺杂器件EQE_max 20.3%，CIE(0.153,0.073)；mTCN因T_n低于S₁，hRISC受限，EQE_max仅5.3%。结果强调快速三线态到单线态转化对高效非掺杂蓝光OLED至关重要。

相关研究成果以“Non-dopedhot exciton blue organic light-emitting diodes with efficiency over 20%”为题发表在National Science Review上，其中通讯作者为俞越副教授、应磊研究员、马於光教授，第一作者为李明珂和李宇龙博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（52503365、92463310）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515110241）、国家重点研发计划（2024YFF1504700）以及广东省分子聚集发光重点实验室基金（2023B1212060003）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag056