💡这项突破是什么?
中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室陈忠宁课题组在金属团簇圆偏振发光材料研究中取得进展，通过Cu(I)掺杂制备合金团簇实现高效率红光圆偏振有机发光二极管。
圆偏振发光（CPL）材料在3D显示、光学信息存储和加密等领域具有重要的应用前景。目前，CPL材料的研究主要集中在有机分子和镧系配合物，而金属团簇作为一类新兴的发光材料，其CPL性能研究还处于初级阶段。金属团簇具有明确的分子结构、优异的光物理性能和丰富的激发态性质，有望成为一类高性能CPL材料。然而，金属团簇CPL材料的研究面临两个主要挑战：一是金属团簇的CPL不对称因子普遍较小，二是金属团簇的发光效率通常较低。
中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室陈忠宁课题组长期致力于金属团簇发光材料的研究。最近，该课题组设计合成了一对具有圆偏振发光性能的银团簇R/S-Ag7，其CPL不对称因子（glum）为±1.2×10-3，光致发光量子产率（Φem）为28.0%和26.9%。在此基础上，他们通过Cu(I)掺杂制备了合金团簇R/S-Ag6Cu，其glum值提高到±2.5×10-3，Φem值高达91.8%和90.3%。研究表明，R/S-Ag6Cu的光致发光（PL）主要产生于TADF（占比85%和86%），而不是磷光（占比15%和14%）。由于Cu(I)的掺杂显著加快了系间窜越（ISC）和反系间窜越（RISC）速率，使R/S-Ag6Cu（Φem = 91.8%-90.3%）的光致发光量子产率提高到R/S-Ag7（Φem = 28.0%-26.9%）的三倍多，而且还由于更强的Ag-Cu相互作用使合金团簇结构更加刚性化，致使R/S-Ag6Cu的圆偏振发光（CPL）不对称因子相对于R/S-Ag7翻倍。另外，R-Ag6Cu在300℃下保持不变，而R-Ag7在200℃以下开始分解，表明Cu(I)的掺杂显著提高了合金团簇的热力学稳定性。利用R/S-Ag6Cu作为发光材料，采用溶液法制备的圆偏振有机发光二极管（CP-OLED）表现出高效的圆偏振电致发光性能，其外量子效率（EQE）为26.7%，优于大多数通过溶液加工的红光OLEDs。
通过在同金属团簇R/S-Ag7中掺杂Cu(I)，该研究成功地实现了高产率合金团簇R/S-Ag6Cu的精准合成。这项工作不仅证明了在同金属团簇中掺杂异金属能够显著提高热力学稳定性和圆偏振发光特性，而且为设计合成具有特定发光性能的合金团簇提供了深刻的见解。
图2. 左：金属团簇Ag7和Ag6Cu的发光机理示意图；右：基于金属团簇Ag6Cu的CP-OLEDs的电流效率/外量子效率对亮度的关系曲线；插图为电致发光的CIE坐标图及器件发光照片
图3. 通过Cu(I)掺杂制备合金团簇实现光致发光量子产率的提升和实现高效率CP-OLEDs
该研究成果发表在Angewandte Chemie International Edition 2024,e202417934上。论文第一作者为中国科学院福建物质结构研究所的丁旭阳博士生，通讯作者为中国科学院福建物质结构研究所的陈忠宁研究员和徐亮金研究员。该工作得到了国家自然科学基金、福建省科技项目以及中国科学院海西研究院自部署项目研究计划的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202417934
（陈忠宁课题组供稿）
