廣工大霍延平團隊應力響應-烷氧基鏈調控AIE的發光材料研究新進展

聚集誘導發光分子（Aggregation-induced emission luminogen, AIEgen）作為一種具有優異性能的新型先進材料，在光電器件、螢光傳感器、生物成像等領域都有著巨大的應用潛力。其中，開發高性能有機發光二極體（OLED）是AIE材料最有前途的應用之一。由於AIE材料自身具有聚集發光的性質，是非摻雜OLED器件的理想發光材料，基於聚集誘導發光材料製備的非摻雜OLED顯示出優異的性能。此外，由於AIE分子較為鬆散的分子堆積結構，對於外界刺激具有很強的響應，這種刺激響應AIE材料能夠在外界刺激下發生吸收及螢光波長的可逆變化。尤其是應力響應的發光材料，由於其在光學防偽、應力檢測方面顯示出廣闊的應用前景，近年來成為研究熱點。

近期，廣東工業大學輕工化工學院的霍延平教授課題組報導了三個烷氧基鏈修飾的四苯乙烯基菲並咪唑衍生物，TPEO1-PPI, TPEO4-PPI和TPEO6-PPI，實驗結果表明，通過在四苯乙烯基兩端修飾不同長度的烷氧基鏈，可以改變四苯乙烯基的扭轉角及整個分子的空間排列與堆積方式，從而定向有效地調控分子的AIE效應及刺激響應變色程度。

圖1.具有應力響應-AIE螢光分子的結構

在此工作中，由於烷氧基鏈具有一定的水溶性，故而通過調節四苯乙烯兩端烷氧基鏈長度，可以定向調控AIE現象的螢光強度倍數關係，表現為越長的烷氧基鏈修飾的分子越難到達聚集的狀態，且隨著烷氧基鏈長度增加，達到聚集態發光時螢光強度倍數越高。此外，由於烷氧基鏈長度影響其單晶狀態下分子的排布，顯著影響其在晶態粉末時下的發射波長，隨著烷氧基鏈長度的增加而導致π-π堆積的減弱及C-H-π等氫鍵作用力的增強，促使其螢光逐漸的藍移。並且，這些化合物表現出與烷氧基長度正相關的可逆力致變色Mechanofluorochromic（MFC）特性，而MFC光譜位移隨烷氧基鏈長度的增加而增加(R = 1,DlMFC = 19 nm; R = 4, DlMFC = 24 nm; R = 6, DlMFC = 53 nm)。通過XRD衍射實驗表明，在各種外部刺激下，MFC現象源於樣品晶態和非晶態之間的轉變(圖2), 由於晶態作用力在力刺激下的消失，導致螢光光譜的顯著紅移，且可通過有機溶劑的燻蒸恢復。輔助以菲並咪唑基團良好的載流子傳輸能力，其中TPEO4-PPI為發光層的非摻雜器件獲得了4.07 %的高EQE，並且在1000cd/m2的亮度下仍然能保持3.59%的EQE，顯示出極低的效率滾降。該研究為拓展應力響應聚集誘導螢光分子和構建高效非摻雜OLED器件提供了新的思路。

圖2.本文分子AIE聚集程度及力致變色圖片及光譜，晶體堆積情況。

論文的第一作者為廣東工業大學碩士生邱志鵬，通訊作者為廣東工業大學籍少敏教授，霍延平教授，此工作的器件製備與福建農林大學歐陽新華教授合作。該工作以「Alkoxy chain regulated stimuli-responsive AIE luminogens based on tetraphenylethylene substituted phenanthroimidazoles and non-doped OLEDs with negligible efficiency roll-off 」，發表在國際知名材料期刊《Journal of Materials Chemistry C》上。該工作也得到了國家自然科學基金國家自然科學基金（21975055，61671162，21975053）、廣東省基礎與應用基礎研究重點項目（2019B1515120023，2019B1515120035）及廣東省分子聚集發光重點實驗室開放基金（2019-kllma-06）的大力資助。