氰基修饰宿主材料能级匹配策略在磷光与TADF OLED中的系统研究

【编辑推荐】为解决OLED中通用宿主材料开发难题，研究人员通过氰基(CN)修饰经典空穴传输材料mCBP，设计出3CN/4CN-mCBP双极性宿主。该研究揭示能级匹配与电荷传输特性的系统依赖性：绿色磷光器件EQE提升至21.6%，而蓝色器件则呈现相反趋势，为多类型发光体系统宿主设计提供重要指导。

　　

在显示技术领域，有机发光二极管(OLED)凭借其柔性、高色域等优势已成为主流技术，但实现高性能器件的关键瓶颈在于宿主材料的开发。当前面临的核心矛盾是：磷光材料和热激活延迟荧光(TADF)材料虽能实现100%内量子效率(IQE)，但其长寿命三重态激子易引发浓度淬灭；而传统宿主材料往往难以同时满足能级匹配、双极性传输和高三重态能级(ET)的要求。特别是宿主-客体(Host-Guest)系统的最高占据分子轨道(HOMO)/最低未占分子轨道(LUMO)能级对齐问题，直接影响电荷捕获与能量转移效率，这一科学问题长期缺乏系统研究。

针对这一挑战，云南大学的研究团队在《Organic Electronics》发表重要成果。研究采用分子工程策略，在经典空穴传输宿主mCBP的咔唑3/4位引入强吸电子氰基(CN)，构建3CN-mCBP和4CN-mCBP新材料。通过单载流子器件测试、电致发光性能分析等系列实验，首次系统揭示了氰基修饰对能级结构-电荷传输-器件性能的调控规律。

关键技术方法包括：1) Ullmann偶联反应合成氰基修饰宿主；2) 循环伏安法测定HOMO/LUMO能级；3) 瞬态电致发光技术表征电荷迁移率；4) 制备绿/蓝磷光及TADF三类OLED器件对比性能；5) 采用(ppy)₂Ir(acac)、FIrpic和4tCzDOXD作为模型发光体。

【合成与表征】
核磁共振与质谱证实目标材料成功合成。热重分析显示5%失重温度>400°C，差示扫描量热法测得玻璃化转变温度(Tg)>120°C，表明优异的热稳定性。紫外光电子能谱测得mCBP、3CN-mCBP、4CN-mCBP的HOMO能级分别为-5.62、-5.82、-5.84 eV，LUMO能级分别为-2.38、-2.68、-2.88 eV，证实氰基显著降低轨道能级。

【电荷传输特性】
空间电荷限制电流(SCLC)测试显示：电子迁移率呈现4CN-mCBP(10^-4 cm²/V s)>3CN-mCBP(10^-5)>>mCBP(10^-10)，而空穴迁移率呈mCBP(10^-4)>4CN-mCBP(10^-5)>3CN-mCBP(10^-6)，证明氰基位置调控载流子传输平衡性。

【器件性能】
绿色磷光器件中，4CN-mCBP实现21.6%外量子效率(EQE)，较mCBP(11.8%)提升83%，归因于其优化的电子注入能力匹配(ppy)₂Ir(acac)的空穴主导特性。但蓝色磷光器件呈现相反趋势：mCBP(20.7% EQE)优于3CN-mCBP(18.9%)和4CN-mCBP(12.6%)，说明高ET(2.95 eV)和空穴传输对FIrpic体系更关键。TADF器件中三者效率相当(15.3-17.9%)，反映4tCzDOXD对宿主能级偏移的复杂响应机制。

【结论与意义】
该研究创新性提出氰基位点选择性修饰策略，首次建立"宿主能级-传输特性-发光体类型"三维性能关系模型：1) 对于空穴主导型磷光体，宿主LUMO下移可显著提升效率；2) 电子主导型磷光体需优先考虑宿主ET和空穴传输；3) TADF体系对能级匹配容限更大。这一发现为多场景宿主材料设计提供了明确指导原则，推动OLED技术向高性能、通用化方向发展。