中科院化学所董焕丽《JACS》：应用于QLET的深蓝发光和高迁移率的有机激光分子

有机发光场效应晶体管（OLET）作为一种同时兼具有机场效应晶体管（OFET）和有机发光二极管（OLED）两种功能的有机光电器件，具有制备工艺简单、集成度高、放大自发发射（ASE）等优势，有望应用在智能显示技术、有机激光器、生物传感和其他相关光电电路方面。其中，有机激光半导体分子是有机发光晶体管（OLET）和电泵有机激光器（EPOL）的基础。在过去的几十年中，对于OLET和EPOL分子的开发仍然是一个巨大的挑战。但是，因为实现高性能OLET器件构筑的材料体系严重缺乏，所以造成OLET器件，特别是高性能单组份OLET器件的发展严重滞后，限制了相关应用领域的研究。关键的限制因素是如何合成高迁移率，高发光效率并实现有效的电光转换以及理想的激光特性，在高电流密度下实现足够高的激发态能量来激发激光。最近，在前期研究的基础上（Nat. Commun.2015, 6, 10032;J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17261;Adv. Mater. 2018, 30,1801048,Nat. Commun. 2018, 9, 5418,Adv. Mater.2019, 190317），中科院化学所的董焕丽团队设计并合成了一种LD-1型有机激光分子2,7-二苯基-9氢-芴（2,7-diphenyl-9H-fluorene）

图1.（a）LD-1分子的化学结构和（b）LD-1分子垂直于顶部并沿芴核的共轭面侧面示图。（c）通过PVT法获得的单晶LD-1的荧光图像。（d）LD-1单晶的X射线衍射图（插图是根据结构分析的带有细长六角形的LD-1衍射面图）。（e）单个晶体的TEM图像及其对应的SAED模式。比例尺：2μm。（f）二维人字形分子堆积的LD-1晶体中的电荷传输路径示意图。

图2.（a）LD-1在二氯乙烷溶液和晶体中的紫外可见吸收，荧光和放大自发发射（填充区）光谱。（b）LD-1晶体对应得CIE 1931的坐标图。（c）在二氯乙烷溶液和晶体中LD-1的时间分辨荧光光谱。（d）LD-1分子的四能级示意图以及晶体中的HOMO和LUMO能级图。

图3.在不同泵浦密度下，在390 nm（a）和410 nm（d）附近的激光发射的高分辨率PL光谱。（b）390 nm峰位的积分面积与泵浦密度的函数关系。激光阈值被标识为亚线性和超线性之间的交点处。插图：在355 nm 飞秒激光激发下LD-1单晶的第四条明亮得PL发光边缘。（e）390 nm峰位的积分面积与泵浦密度的函数关系。插图：使用WGM-LD-1微腔的典型光线分析图。W1 = 18μm，W2 = 9μm的LD-1单晶在λ= 390 nm，Q = 3088（c）和λ= 410 nm，Q =2600的光学模式仿真结果。（g）在L = 17、23和30μmL阈值以上记录的LD-1的高分辨率PL光谱。（h）LD-1晶体在λ= 390和410 nm处的间距Δλ与波长的1 / L函数关系图，表现出清晰的线性关系。

图4.（a）基于LD-1的OLET器件的示意图。（b）石墨烯，NPB，LD-1和TmPypB的能级图及其使用的每一层厚度。（c）LD-1 OLET器件的典型光学和电学输出特性。（d）从CCD捕获的光中提取OLET LD-1-器件的颜色编码图像。

全文链接:

Dan Liu et al. Organic Laser Molecule with HighMobility, High Photoluminescence Quantum Yield, and Deep-Blue LasingCharacteristics，J. Am. Chem. Soc. 2020. DOI:10.1021/jacs.0c00871.

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00871

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