超高清顯示對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的性能提出了越來(lái)越高的要求，即高效率、長(zhǎng)壽命和高色純度。近年來(lái)，多重共振型熱活化延遲熒光（MR-TADF）材料由于其高效的窄帶發(fā)射特性而得到迅速發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)高效率高色純度OLED方面極具潛力。不過(guò)，MR-TADF分子通常表現(xiàn)出較長(zhǎng)的激子壽命（通常為幾十甚至上百微秒），這使得其器件（特別是藍(lán)光OLED）的穩(wěn)定性面臨極大挑戰(zhàn)（藍(lán)光發(fā)光層中激子累積碰撞生成的高能激子會(huì)導(dǎo)致化學(xué)鍵解離）?？焖俑咝У募ぷ永檬菍?shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效藍(lán)光器件的關(guān)鍵解決方案。為此，研究者們使用較短激子壽命的磷光材料和TADF材料作為MR-TADF材料的敏化劑，即采用磷光敏化熒光（PSF）和TADF敏化熒光（TSF）策略，很大程度地提升了MR- TADF器件的性能。然而在PSF和TSF機(jī)制中，激子利用的效率和速率仍不可避免地受到自旋統(tǒng)計(jì)和躍遷禁阻的限制（如圖1a-b）。

圖1. 不同敏化機(jī)制下激子動(dòng)力學(xué)示意圖

近日，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所盧燦忠團(tuán)隊(duì)以d-f躍遷的雙線態(tài)發(fā)光稀土配合物作為敏化劑，提出并實(shí)施了藍(lán)光OLED敏化新策略——雙線態(tài)敏化熒光（DSF）。由于雙線態(tài)激子生成不受限于自旋統(tǒng)計(jì)（電激發(fā)下，傳統(tǒng)閉殼層材料上三線態(tài)激子:單線態(tài)激子生成比例為3:1），且雙線態(tài)輻射躍遷和能量轉(zhuǎn)移沒(méi)有自旋躍遷禁阻的限制，該策略完美地實(shí)現(xiàn)了激子的高效且快速利用，從而獲得高性能深藍(lán)光OLED。

圖2. 電致發(fā)光性能對(duì)比

研究團(tuán)隊(duì)采用雙線態(tài)發(fā)射的稀土配合物Ce-2作敏化劑，MR-TADF材料ν-DABNA作為終端發(fā)射材料，制備了DSF-OLED（圖2a）。實(shí)驗(yàn)證明，DSF-OLED發(fā)光層中Ce(III)先捕獲空穴氧化為Ce(IV)，接著與注入的電子結(jié)合形成雙線態(tài)的Ce(III)*。Ce(III)配合物獨(dú)特的空穴捕獲和電子傳輸能力（圖3a-c），保證發(fā)光層中主要形成雙線態(tài)激子，再通過(guò)F?rster能量傳遞（FRET）將能量轉(zhuǎn)移至客體分子（圖3d。這與光激發(fā)下的機(jī)制略有不同，如圖1c，光激發(fā)下有部分激子在主體材料上形成）。由于規(guī)避了涉及三線態(tài)的慢激子動(dòng)力學(xué)過(guò)程，DSF系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了極快的FRET（k_FRET = 4.15 × 10⁸ s^?1），且FRET效率高達(dá)93.5%。由于具有很高的激子利用率和極短的激子停留時(shí)間（1.36 μs，圖2f），DSF-OLED實(shí)現(xiàn)了高效的深藍(lán)光發(fā)射，最大外量子效率為30.0%，相比于敏化前的器件效率（9.5%）提升了兩倍多，最大亮度也從3742 cd m^?2增加到23860 cd m^?2，1000 cd m^?2的亮度下CIE色坐標(biāo)為（0.13,0.14），效率滾降僅為14.7%（圖2b-d）。與傳統(tǒng)的相關(guān)PSF-OLED和TSF-OLED相比，該DSF-OLED的綜合性能指標(biāo)（效率、色純度、效率滾降）具有優(yōu)勢(shì)（圖2e）。值得一提的是，相較于同等條件下制備和表征的非敏化器件，DSF-OLED運(yùn)行壽命有非常顯著的提升（9.1 h versus 7 min）。該研究表明，DSF策略在實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、高色純度的藍(lán)光OLED方面具有很大潛力，有希望在實(shí)現(xiàn)超高清OLED顯示中發(fā)揮重要作用。

圖3. DSF-OLED電致發(fā)光機(jī)制

相關(guān)研究成果以《Efficient deep-blue organic light-emitting diodes employing doublet sensitization》為題在線發(fā)表于《Advanced Materials》（Adv. Mater.2024,202408118）。中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所-中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)/贛江院聯(lián)培博士生孫宇富為本文第一作者，中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所盧燦忠研究員和陳旭林副研究員為本文的通訊作者，北京大學(xué)劉志偉教授和長(zhǎng)春應(yīng)化所周亮研究員分別在材料合成和器件制備方面提供了幫助，為本文的共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廈門市重大科技計(jì)劃項(xiàng)目、閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室基金等支持。

盧燦忠研究員和陳旭林副研究員等在OLED材料和器件方面取得了系列研究進(jìn)展。包括藍(lán)光材料和器件（Adv. Mater.2024,202408118;Adv. Mater.2024,2401724;Angew. Chem. Int. Ed.?2017,56,15006）、TADF材料反向系間竄越機(jī)制及相關(guān)分子設(shè)計(jì)（Research 2023,6,0155;Adv. Funct. Mater.2024,2314533;Adv. Sci.2023,2300808）、新型離子型TADF材料（CCS Chem.2023,5,589;Chem. Eng. J.2023,460,141836;Chem. Eng. J.2024,482,148865）等。

論文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408118