自从2015年吉林大学化学学院李峰教授课题组创新性地提出并实现自由基的双线态电致发光以来（Angew. Chem., Int. Ed., 2015, 54, 7091-7095），有机发光自由基因其集光、电、磁性质于一身而引起了广泛关注。此后李峰课题组与剑桥大学Richard Friend课题组合作报道了内量子效率（IQE）接近100%理论极限的深红光自由基双线态有机电致发光器件（OLED）（Nature，2018，563,536–540）以及与剑桥大学Richard Friend课题组和佐治亚理工学院Jean-Luc Brédas教授课题组合作报道了不遵循构造原理高稳定高发光效率的发光自由基（Nature Materials, 2019, 18, 977-984）。虽然发光自由基的研究取得了一系列进展，但是发光自由基的发光机理还有待深入的研究。

上世纪50年代的理论研究表明具有交替对称分子结构的有机自由基的HOMO-SOMO与SOMO-HOMO的能隙简并，由于异相（out-of-phase）耦合，基态（D0）至第一激发态（D1）的跃迁振子强度为零，这是通常认为自由基不发光的原因之一。据此，李峰课题组与剑桥大学Richard Friend课题组合作提出采用具有电子给体或受体特征的非交替取代基来修饰自由基，这样能够打破整个分子的交替对称性，消除HOMO-SOMO与SOMO-HOMO的能隙简并，并且根据“强度借用”微扰理论，自由基HOMO与电子给体HOMO或自由基LUMO与电子受体LUMO之间的相互作用能够提高D0到D1的跃迁振子强度和相应的D1到D0发光性能。由此研究团队提出发光自由基的分子设计思想：构建具有非交替对称结构的有机发光自由基分子；外围取代基与自由基中心的连接原子位点具有强的轨道振幅。基于上述分子设计策略，研究团队以TTM为受体（acceptor），以不同氮位置的咔唑啉作为给体（Donor），得到了一系列D-A型高效饱和红光自由基材料，溶液光致发光效率（PLQE）达到99%。以这些自由基作为发光层制备的纯红光OLED最大外量子效率（EQE）达到12.2%，器件CIE坐标完全符合标准红光CIE坐标（0.67,0.33）。该研究是发光自由基及OLED研究领域的重要进展，通用的分子设计规则将会指导更多发光自由基材料的设计与合成。上述研究成果发表在最近一期Nature Materials期刊上（Nature Materials (2020), doi.org/10.1038/s41563-020-0705-9）。阿力木?阿卜杜热合曼博士和Timothy Hele博士为论文的共同第一作者，Richard Friend教授，李峰教授和Emrys Evans博士为论文的共同通讯作者，吉林大学为第一完成单位。

（图：交替碳氢化合物TTM自由基（不发光）与非交替碳氢化合物咔唑啉相连打破整个分子的交替对称性而发光。）

研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划和吉林大学培英工程计划、高层次科技创新团队建设项目的支持。

课题组介绍

李峰

李峰，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室教授。课题组近年来一直致力于新型发光方式、发光机理的高效有机发光材料及器件的研究，尤其是双线态自由基发光材料与器件的研究，相关研究工作以吉林大学为第一单位发表于Nature（1篇）, Nature Materials（2篇）, Angew. Chem., Int. Ed.，Adv. Mater.等国际顶级期刊。研发的双线态自由基发光材料与器件已经获得了中国和美国的发明专利授权。课题组常年欢迎青年才俊（硕士、博士、博后）加盟。

（消息来源 / 吉林大学化学学院）

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