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近日，青島科技大學(xué)高分子學(xué)院薛善鋒教授團(tuán)隊(duì)在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)旗艦期刊《Chemical Science》上（自然指數(shù)期刊，中科院JCR/TOP一區(qū)）發(fā)表了題為“Improving Electron Transportation and Operational Lifetime of Full Color Organic Light Emitting Diode Through “Weak hydrogen bonding cage” Structure”的研究成果。高分子學(xué)院博士研究生周華藝為第一作者，薛善鋒教授為通訊作者，青島科技大學(xué)為第一完成單位和通訊單位。

高效和穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，而作為OLED結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵材料之一的電子傳輸材料，對(duì)OLED效能和穩(wěn)定性的提高起著非常重要的作用，被認(rèn)為是嚴(yán)重制約發(fā)光材料效能發(fā)揮和OLED性能提升的最關(guān)鍵因素之一。然而，由于共軛有機(jī)分子的電子結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有利于空穴傳輸，電子遷移率通常都很低，使得從兩電極注入的電子和空穴傳輸?shù)桨l(fā)光層中的比例極不匹配，嚴(yán)重?fù)p害電致發(fā)光效率和器件穩(wěn)定性。

基于此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了兩種新型電子傳輸材料（PICN和PINH），以具有豐富C-H···π相互作用的菲并咪唑?yàn)楣羌埽ㄟ^(guò)引入不同性質(zhì)的側(cè)基，有效地調(diào)整了兩種材料的分子排列方式。單晶結(jié)構(gòu)表明，PICN的多分子間形成了以N原子為圓心，C-H···N為半徑的“氫鍵籠”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)程有序的，它有效地拉近了多維空間中分子間的距離，使分子間獲得了更為緊密的堆積模式，表現(xiàn)出更高的電子遷移率（1.52×10^-4cm²/(V·s)）。進(jìn)一步以PICN作為電子傳輸層應(yīng)用到了藍(lán)光FOLED、綠光和紅光PhOLEDs全色器件中，實(shí)現(xiàn)了7.7%、17.1%和21.9%的最大外量子效率(EQE_max)和1000 cd/cm²亮度下330 h、630 h和630 h的器件壽命（未封裝條件下）。更重要的是，該結(jié)果優(yōu)于已商業(yè)化使用的經(jīng)典ETM-TPBi為傳輸層的器件，尤其是器件高亮度下的壽命，是TPBi基器件的4-20倍，展現(xiàn)出PICN具有巨大的應(yīng)用潛力。這一成果提出了一種新型的“氫鍵籠”結(jié)構(gòu)提高電子遷移率的分子設(shè)計(jì)思想，為實(shí)現(xiàn)高效和穩(wěn)定性O(shè)LED提供了新分子結(jié)構(gòu)和可行新策略。

文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D4SC00496E

本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者人才工程、山東省高等學(xué)校青創(chuàng)人才引育計(jì)劃團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金、吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題和青島科技大學(xué)研究生自主科研創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。