近日，青岛科技大学高分子学院薛善锋教授团队在英国皇家化学会旗舰期刊《Chemical Science》上（自然指数期刊，中科院JCR/TOP一区）发表了题为“Improving Electron Transportation and Operational Lifetime of Full Color Organic Light Emitting Diode Through “Weak hydrogen bonding cage” Structure”的研究成果。高分子学院博士研究生周华艺为第一作者，薛善锋教授为通讯作者，青岛科技大学为第一完成单位和通讯单位。
高效和稳定性是评价有机电致发光器件（OLED）性能优劣的重要指标，而作为OLED结构中关键材料之一的电子传输材料，对OLED效能和稳定性的提高起着非常重要的作用，被认为是严重制约发光材料效能发挥和OLED性能提升的最关键因素之一。然而，由于共轭有机分子的电子结构和聚集态结构有利于空穴传输，电子迁移率通常都很低，使得从两电极注入的电子和空穴传输到发光层中的比例极不匹配，严重损害电致发光效率和器件稳定性。
基于此，该团队设计并合成了两种新型电子传输材料（PICN和PINH），以具有丰富C-H···π相互作用的菲并咪唑为骨架，通过引入不同性质的侧基，有效地调整了两种材料的分子排列方式。单晶结构表明，PICN的多分子间形成了以N原子为圆心，C-H···N为半径的“氢键笼”结构。这种结构是长程有序的，它有效地拉近了多维空间中分子间的距离，使分子间获得了更为紧密的堆积模式，表现出更高的电子迁移率（1.52×10-4cm2/(V·s)）。进一步以PICN作为电子传输层应用到了蓝光FOLED、绿光和红光PhOLEDs全色器件中，实现了7.7%、17.1%和21.9%的最大外量子效率(EQEmax)和1000 cd/cm2亮度下330 h、630 h和630 h的器件寿命（未封装条件下）。更重要的是，该结果优于已商业化使用的经典ETM-TPBi为传输层的器件，尤其是器件高亮度下的寿命，是TPBi基器件的4-20倍，展现出PICN具有巨大的应用潜力。这一成果提出了一种新型的“氢键笼”结构提高电子迁移率的分子设计思想，为实现高效和稳定性OLED提供了新分子结构和可行新策略。
文章链接：https://doi.org/10.1039/D4SC00496E
本工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者人才工程、山东省高等学校青创人才引育计划团队建设项目、山东省自然科学基金、吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室开放课题和青岛科技大学研究生自主科研创新项目的资助。
