為了提高顯示器的亮度、對比度和分辨率，同時(shí)降低生產(chǎn)成本和能源使用，科學(xué)家開發(fā)了幾種類型的LED，包括OLED、基于量子點(diǎn)的LED（QLED）、基于鈣鈦礦的LED和Micro LED。日前，發(fā)表在《自然雜志》上的一項(xiàng)新研究表明，使用自由基的OLED出現(xiàn)新進(jìn)展。

圖片來源：Nature

11月22日，《Nature》雜志刊發(fā)了吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李峰教授研究團(tuán)隊(duì)和劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）Richard H. Friend教授研究團(tuán)隊(duì)合作論文“高效雙線態(tài)自由基發(fā)光二極管”。

李峰教授研究團(tuán)隊(duì)以TTM自由基作為核心，以PCz和NCz兩個(gè)咔唑衍生物作為給體（Donor），得到了兩個(gè)高效的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（CT）紅光自由基TTM-3NCz、TTM-3PCz（如圖1所示）。這種Donor-Radical結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計(jì)大幅提高了發(fā)光自由基分子的穩(wěn)定性以及發(fā)光效率，兩個(gè)分子甲苯溶液中的光致發(fā)光效率分別達(dá)到49%和46%，其摻雜薄膜的光致發(fā)光效率分別達(dá)到90%和61%。

▲ 圖1 自由基TTM、TTM-3NCz和TTM-3PCz的分子結(jié)構(gòu) （來源：吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院）

在吉林大學(xué)培英計(jì)劃的支持下，通過與劍橋大學(xué)Richard H. Friend教授研究團(tuán)隊(duì)合作，以TTM-3NCz、TTM-3PCz摻雜薄膜為發(fā)光層制備的OLED最大EQE分別達(dá)到27%和17%（如圖2所示），其中27%的EQE已接近100%IQE的理論極限值，是目前為止已報(bào)道的深紅光/近紅外光發(fā)光二極管（LED）中的最高值。同時(shí)，瞬態(tài)光譜和理論計(jì)算結(jié)果表明：器件的發(fā)光來自于自由基雙線態(tài)激子SOMO→HOMO的躍遷。該研究成果是OLED研究領(lǐng)域的重大突破，展現(xiàn)了發(fā)光自由基在有機(jī)光電領(lǐng)域的應(yīng)用前景，為OLED的研究開辟了新的方向。

▲ 圖2 基于TTM-3NCz、TTM-3PCz的OLED的能級結(jié)構(gòu)以及EQE曲線（來源：吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院）

Tetsuro Kusamoto和Hiroshi Nishihara解釋說，有機(jī)自由基只有奇數(shù)個(gè)電子，因此具有高反應(yīng)性和化學(xué)不穩(wěn)定性。但是，通過改變分子結(jié)構(gòu)，一些自由基在空氣下會(huì)變得足夠穩(wěn)定。自2006年以來，研究已經(jīng)證明了自由基發(fā)光穩(wěn)定以及將它們用于照明材料和器件的可能性。

他們的評論指出，目前，基于自由基的OLED只在有限的顏色范圍內(nèi)發(fā)光，因?yàn)橹粓?bào)道了少量穩(wěn)定的發(fā)光自由基。而且，發(fā)光自由基的電子特性使得它們難以發(fā)處藍(lán)色（高能量）光。評論表示，未來的研究可以集中在如何調(diào)整有機(jī)自由基來產(chǎn)生多種顏色。由于最近開發(fā)了基于自由基的OLED，因此有進(jìn)一步改進(jìn)的潛力。