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该研究为课题组系列研究的延续，此前，研究人员制备超纯绿色有机发光二极管，实现最大外量子效率 35.2%[2]。
而本次研究的方案是一个相对小众的设计思路，此前领域对在这方面研究并不多。“我们从 2018 年左右就想探索羰基硼氮杂化的新材料体系，但之前在硼氮体系的基础上引入羰基，在化学合成上存在比较大的挑战。”王凯表示。
实际上，这种设计方案是在研究人员的不断摸索中得到的。当时，这种材料的产率很低大概仅有 2% 左右，因此在提纯方面面临很大的难题。
图丨王凯（来源：王凯）
经过大量实验探索，研究人员成功合成并提纯出 h-BNCO-1，其在光物理测试中也实现了 1.79×105s−1的反向系间窜越速率，以及接近 100% 的荧光量子产率。
利用基于 h-BNCO-1 的二元发光层 OLED 实现了超纯发光效果，其中最大的外量子效率超过 40％，在 1000cd·m-2时的衰减效率为 14％。
此外，在优化的二元发光层 OLED 器件中，h-BNCO-1 还表现出良好的器件稳定性，在 1000cd·m-2 的初始亮度下，亮度衰减到初始亮度的 95％ 时的器件寿命达到约 137 小时。
图丨基于 h-BNCO-1 二元发光层的 OLED 器件综合性能对比（来源：Nature Communications）
图丨基于 h-BNCO-1 二元发光层的 OLED 器件综合性能对比（来源：
Nature Communications
作为有机电子学的先驱之一，九州大学安达千波矢教授曾发明一种称为热激活延迟荧光的 OLED 技术。
王凯说道：“此前，安达千波矢教授认为羰基的稳定性可能会出现问题。有意思的是，在这次研究中，我们的材料经过成功验证后，也改变了他对羰基结构稳定性的偏见。”
接下来，研究人员将聚焦解决进一步优化材料合成，以及提升产率的难题。“据我们预计，产率方面再提升 10 倍左右会是一个比较理想的结果；材料合成方面，则需要继续探索氧化剂、温度等各方面的最优反应条件。”王凯说。
图丨双电子激发的高精度理论计算（来源：Nature Communications）
图丨双电子激发的高精度理论计算（来源：
Nature Communications
据悉，目前该团队已与相关公司展开产业化方面的合作，进行该技术的中试测试，以推动商业化落地进程。
回顾该研究的解决思路，该课题组循序渐进地解决了 OLED 的发展问题。以解决效率问题、色纯度问题为基础，然后增加它的反向系间窜越速率，进而解决在使用亮度下的效率滚降问题和器件稳定性问题。
王凯指出，电致发光下一步是否能够实现电泵浦的有机激光器件，是有机光电领域重要的发展方向之一，也是现在整个领域“悬而未决”的问题。
据悉，在本次研究绿光方面设计思路基础上，如何进一步实现蓝光 OLED 器件稳定性的提升，是该课题组下一步将重点关注的主要研究方向。
参考资料：
1.Ying-Chun Cheng, Xun Tang, Kai Wang, Xin Xiong, Xiao-Chun Fan, Shulin Luo, Rajat Walia, Yue Xie, Tao Zhang, Dandan Zhang, Jia Yu, Xian-Kai Chen, Chihaya Adachi, Xiao-Hong Zhang. Efficient, narrow-band, and stable electroluminescence from organoboron-nitrogen-carbonyl emitters. Nature Communications 2024, 15, 731. https://doi.org/10.1038/s41467-024-44981-1
2.Fan, XC., Wang, K., Shi, YZ.et al. Ultrapure green organic light-emitting diodes based on highly distorted fused π-conjugated molecular design. Nature Photonics (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-022-01106-8
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