圆偏振有机发光二极管（Circularly Polarized Organic Light-emitting Diode, CP-OLED）作为一种能够直接在电激发下高效产生圆偏振光的技术，在众多领域具有应用潜力。近日，北京大学化学与分子工程学院的刘志伟课题组提出了一种利用手性电子传输层构建CP-OLED的新策略。该手性电子传输层与三种不同发光机理的非手性发光材料搭配，包括d-f跃迁发光稀土配合物、磷光铱配合物和热激活延迟荧光材料，在CP-OLED中均实现了10-3量级的电致发光不对称因子，与基于手性发光材料的器件性能相媲美。该结果为CP-OLED的研究提供了新的思路，注入了新的活力。圆偏振光（Circularly Polarized Light, CPL）因其独特的性质在光学通信、三维显示等领域展现出巨大的应用潜力。CP-OLED是一种理论上能够直接在电激发下高效产生圆偏振光的技术，具有广阔的研究前景。传统的CP-OLED大多通过手性发光材料或手性主体材料来实现圆偏振光的产生。本文中，刘志伟团队提出了一种创新思路：利用手性电子传输层与非手性发光材料结合，来实现圆偏振电致发光（Circularly Polarized Electroluminescence, CPEL）。![]()
图1. 通过手性电子传输层实现的CP-OLED的器件结构，以及器件中用到的电子传输材料和发光材料的分子结构式该团队设计并合成了一对具有三个手性碳的手性电子传输材料，简称(R/S)-TOxiPr。这些材料通过真空热沉积法制备的薄膜在室温下会发生自发晶化的过程。得到的晶体薄膜展现出了明显的圆偏振光致发光（Circularly Polarized Photoluminescence, CPPL），其光致发光不对称因子gPL分别为-0.067和+0.041。![]()
图2. (a) 手性电子传输材料(R/S)-TOxiPr的晶体结构；(b) (R/S)-TOxiPr在溶液中的紫外吸收光谱和低温磷光光谱；(c) (R/S)-TOxiPr在50 oC晶化时表现出的放热峰；(d) (R/S)-TOxiPr晶体薄膜在SEM下的形貌图；(e) (R/S)-TOxiPr在溶液中的圆偏振吸收图谱（实线）、(R/S)-TOxiPr晶体薄膜的发射光谱（填充曲线）和CPPL光谱（虚线）；(f) (R/S)-TOxiPr晶体薄膜的gPL曲线。为了进一步验证新策略的可行性，该团队将(R/S)-TOxiPr作为电子传输层，结合三种不同类型的非手性发光材料——d-f跃迁发光Eu2+配合物、磷光Ir3+配合物、热激活延迟荧光分子——成功制备了CP-OLED器件。实验结果显示，这些器件均表现出圆偏振电致发光特性，均有10-3量级的gEL，证明了基于手性电子传输材料的CP-OLED新策略的有效性和通用性。![]()
图3. (a) 基于d-f跃迁Eu2+配合物的CP-OLED的电致发光光谱（填充曲线）和CPEL光谱（实线）；(b) 基于d-f跃迁Eu2+配合物的CP-OLED的gEL曲线；(c)和(d)是基于磷光Ir3+配合物的CP-OLED的电致发光光谱、CPEL光谱和gEL曲线；(e)和(f)是基于热激活延迟荧光分子的电致发光光谱、CPEL光谱和gEL曲线。进一步，该团队通过一系列参比器件的实验证明，该手性电子传输层薄膜并不会将非圆偏振光转化为圆偏振光，这说明非手性的发光层中直接产生了圆偏振光。这一创新的实现机制被归因为：手性电子传输层改变了电子的自旋状态，实现了对非手性发光材料出光的圆偏振调制。该成果以“Chiral Electron Transporting Material for Circularly Polarized Organic Light-emitting Diode”为题，最新在线发表于Science China Chemistry上（doi: 10.1007/s11426-024-2242-x）。扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。
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刘志伟，北京大学化学与分子工程学院研究员，博士生导师。目前主要研究方向为稀土配合物发光材料与器件，以通讯作者在Science、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文80余篇，详细工作请浏览课题组网页www.chem.pku.edu.cn/zwliu/【扩展阅读】
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