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。
CLSA策略是一种用于构筑高性能短波长光发光材料的分子设计策略，通过在电荷转移（CT）态主导的分子短轴和局域态主导的分子长轴之间构建一个近似垂直的扭转角来分离载流子注入和激子辐射。由发光基团组成的分子长轴保证了高的光致发光外量子效率（PLQY），而短轴的给受体结构能够改善载流子的注入和传输，高能级的CT态有助于打开热激子通道，实现更高的激子利用率。
因得益于CLSA策略在构建热激子通道方面的有效性，m-Cz获得了84.5%的高激子利用率。间位连接限制了m-Cz的共轭程度、增加了空间位阻，这使得m-Cz在纯膜下依然能保持387 nm的紫外发光和57.6%的PLQY。在掺杂和非掺杂OLED中，m-Cz的发光峰均保持在382 nm，这说明间位连接有效地抑制了聚集状态下的光谱展宽和红移。
在掺杂器件中，m-Cz的EQEmax高达10.6%，UV400高达57.5%，在非掺杂器件中，m-Cz的EQEmax高达8.3%，UV400高达59.6%。此外，该工作也验证了非掺杂UV-OLED在不同场景中应用的可行性，包括激发荧光粉末、人民币防伪标识、验证聚集诱导发光现象，以及激发窄光谱材料等。这些结果为蓝、紫光等短波长有机发光材料的设计提供了参考，并引起人们对UV-OLED实际应用的关注。
图片来源：华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室
相关研究成果以“Realization of high-efficiencyUV-OLED used as excitation light sources via referenceable crossed long-shortaxis lighting emitter design strategy”为题发表在Chemical Engineering Journal上，其中本文第一作者是博士研究生娄敬丽，硕士郭学成和博士研究生陈艺超为共同第一作者，通讯作者为王志明研究员，张翰博士为共同通讯作者。
该研究工作得到了国家自然科学基金(52473173)、广东省自然科学基金(2022B1515020084)、广东省基础与应用基础研究基金项目(2023B1515040003)、云南省科技厅重点项目(202303AC100021)、发光材料与器件全国重点实验室(SCUT) (Skllmd-2024-10)、广州市科学技术计划(2023A04J0988)、广东省重点领域研究与发展计划(2024B01040001)、创新技术委员会(ITC-CNERC14SC01)自主研究项目等科研项目的资助。
（来源：华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室）
