增强电子转移以实现高效上转换 OLED

电子转移是一种基本过程，其中电子从供体分子或原子转移或重新定位到另一个这样的实体(称为受体)。这个过程是化学反应、电子设备甚至生物体的基础。

了解固体/固体界面中的电子转移步骤对于提高有机光电器件(如有机发光二极管(OLED)和有机光伏器件)的性能非常重要，它们由于其重量轻和灵活的结构而在数字显示器和便携式电子设备中得到广泛的应用。

这些器件运行的一个关键中间步骤涉及电荷转移(CT) 状态，即供体/受体界面处弱结合的电子-空穴对。为了提高这些器件的性能，了解电子转移步骤的能量和结构因素非常重要，这可以通过使用 Marcus 理论通过实验研究从 CT 状态到其他激发态的电子转移反应来实现。

该理论从能量和结构的角度解释电子转移，但由于受到多种影响因素的影响，此类电子转移分析受到限制。

此外，近期研究还提出了上转换 OLED(UC-OLED)的概念，利用电子从 CT 态转移到三重态激发(T 1)态，通过一种称为三重态-三重态湮没(TTA)的机制。与传统蓝色 OLED 相比，这种机制可以显著降低蓝色 UC-OLED 的开启电压，有望解决高驱动电压和低稳定性等问题。

为了解决这一知识空白，由东京工业大学材料与结构实验室副教授 Seiichiro Izawa 领导的日本研究小组研究了45 个 UC-OLED 中供体分子从 CT 状态到 T 1状态的电子转移效率。

Izawa 博士解释说：“与常见的有机分子不同，UC-OLED 在不同波长下显示出不同的 CT 和 TTA 发射，且没有重叠，这使得它们非常适合同时分析器件效率以及 CT 和 T 1状态之间的电子转移。这些分析不仅可以产生高效的蓝色 UC-OLED，还可以增强我们对其他此类器件的了解。”

他们的研究结果于 2024 年 6 月 24 日发表在《应用化学国际版》杂志上。

研究人员在 Marcus 理论的指导下，系统地分析了不同的 UC-OLED，这些 UC-OLED 使用三种蒽衍生物作为供体，15 种萘二酰亚胺衍生物作为受体，共 45 种不同的材料组合。他们的分析表明，从 CT 状态到 T 1状态的电子转移通过最小的驱动能量(小于 0.1 eV)得到增强。他们还从 Marcus 图中发现了一种新颖的供体-受体组合 PCAN/NDI-PhE，并利用该组合制造出了一种高效的蓝色 UC-OLED，其开启电压极低，仅为 1.57 V。

Izawa 博士表示：“我们的发现加深了对电子从 CT 状态转移到 T 1状态的机制的理解，从而可以生产出更高效的 UC-OLED。”

“我们相信，对供体/受体界面的能量和结构因素的精确控制将显著增强电子转移，为高效有机光电器件铺平道路，避免能量损失。”