有機電致發光器件（OLED）具有輕薄、低功耗、高對比度、自發光以及可柔性等優勢，在顯示與照明等方面具有巨大的市場價值和應用前景。熱激活延遲熒光（TADF）材料利用反向系間竄越（RISC）可以實現激子從三線態到單線態的轉換（T1→S1），從而達到100%的激子利用率，其器件效率已可媲美磷光OLED器件。然而，較長壽命的三線態激子使得TADF器件仍存在效率滾降較大和器件壽命不足等問題。近年來，高能級激發態由于其較快的激子發光動力學特征吸引了越來越多的關注。例如，通過限制三線態之間的內轉換過程（如T2-T1能量差較大），在高能級實現快速的RISC過程（如T2→S1），同樣可以實現三線態激子的全利用，這被稱作“熱激子”機制。“熱激子”材料快速的高能級RISC有利于緩解三線態激子的積累，從而實現低的效率滾降，因此有望發展成為新一代高效穩定的純有機熒光材料。然而，由于高能級激發態的研究相對復雜，高效的“熱激子”材料仍亟待突破。激子發光動力學與激發態性質密切相關，具有雜化局域電荷轉移態（HLCT）的分子在電致發光過程中常表現出“熱激子”的特點。因此對雜化激發態進行合理調控是理解和發展“熱激子”材料的一種有力手段。
近期，華南理工大學唐本忠院士團隊王志明研究員基于前期的研究工作（Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 20772-20779; J. Mater. Chem. C, 2019,7, 6359-6368; Adv. Opt. Mater., 2020, 1902195）, 總結認為采用長短軸交叉的方式有望實現對發光性能和激子利用情況的有效平衡調節，并以菲并咪唑為模型，構筑C6/C9修飾的一系列具有AIE/AEE+HLCT性質的藍光分子。通過調控分子雜化激發態中局域態（LE）和電荷轉移態（CT）的能量分布，發現當分子中的LE和CT能量相對平衡時，其發光效率和激子利用率綜合最優。特別的，2CzPh-CNNPI的激子利用率接近100%， 將其分別作為OLED器件的發光材料、摻雜客體以及敏化主體使用，相應的非摻雜純藍光、摻雜深藍光以及綠光敏化熒光器件都突破了傳統熒光效率的限制。
該工作中，三個分子固態下顯示從深藍光（436nm）到藍光（453nm）的發射,并且表現出聚集誘導發光（AIE）的現象。溶劑化效應和Lippert–Mataga模型也表明分子的激發態為HLCT態，且2CzPh-CNNPI分子展示出等性雜化的特征，與理論計算結果一致。同時，對比研究發現，分子CNNPI（ELE ? ECT）表現出CT態的特點：發光效率較低(21.7%)，但激子利用率較高(52.5%)；分子2TriPE-CNNPI（ELE ? ECT）表現出LE態的特點：發光效率較高(45.2%)，但激子利用率較低(30.4%)；有趣的是，分子2CzPh-CNNPI (ELE ≈ ECT) 發光效率提高(25.5%)的同時, 激子利用率也提高到99.8%。因此，2CzPh-CNNPI獲得了最優的藍光器件性能，其外量子效率達到了5.09%；其深藍光摻雜器件在高的激子利用率下，器件外量子效率高達9.02%。為了進一步探討三個分子激子利用率的差異原因，研究者對比了分子的S1、T1和T2分布以及對應的激發態性質，認為雜化態中平衡的LE/CT態分布既能使S1保留LE態的性質而有利于發光，又能夠增大S1和T2之間的旋軌耦合（SOC）從而提高RISC的效率。另外，研究者嘗試將2CzPh-CNNPI作為主體材料負責單/三線態激子的捕獲，然后通過F?rster能量轉移激發具有高發光效率的普通熒光客體材料，其敏化熒光器件的外量子效率最高可達8.2%，同樣超過了傳統熒光5%效率的極限，且具有較小的滾降。相比于以常規主體mCP制備的熒光器件（3.36%），其外量子效率有著大幅提高。這些結果進一步證明了2CzPh-CNNPI存在三線態激子的捕獲，同時也展現了熱激子材料作為敏化主體的應用潛力。
相關研究工作以“A Multifunctional Blue-Emitting Material Designed via Tuning Distribution of Hybridized Excited-State for High-Performance Blue and Host-Sensitized OLEDs”為題，發表在Advanced Functional Materials上(DOI: doi.org/10.1002/adfm.202002323)。文章第一作者為華南理工大學博士研究生張翰，共同第一作者為碩士研究生張兵，通訊作者為王志明研究員，共同通訊作者為趙祖金教授和唐本忠院士。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202002323
