许辉Chem. Soc. Rev.：面向近紫外电致发光材料的研究进展

近紫外（Near ultraviolet, NUV）是一种特定波段的电磁辐射（300-400 nm）。其相对高能量的发射波长使其在防伪、制造业和医疗健康等领域具有重要且独特应用。虽然可见光（红、绿、蓝）材料体系及其显示和照明器件已经发展得比较成熟和完善，但是高效NUV电致发光材料和器件的发展却相对滞后。尽管一部分NUV材料的光致发光量子产率（Photoluminescence quantum yields, PLQY）高于40%，但其较深的最高占据分子轨道（The highest occupied molecular orbital, HOMO）能级（<-5.5 eV）和较浅的最低未占据分子轨道（The lowest unoccupied molecular orbital, LUMO）能级（>-2.4 eV）与器件中毗邻的功能层材料能级不相匹配，从而导致器件在实际工作中存在电荷注入困难和载流子输运不平衡等问题。 

因此，NUV电致发光材料体系的性能突破依赖于更为系统全面的构效关系研究。其中，有机分子材料因其结构和电子态性质多变可控，成为研究最为深入的NUV发光材料。此外，全无机（石墨烯、锌硒或钙钛矿）量子点（Quantum dots, QDs）发光材料和有机-无机杂化的卤化铅钙钛矿纳米晶体（Nanocrystals, NCs）也成长为NUV发光材料的后起之秀。过去20年里，基于上述三类NUV材料的结构设计和器件工程取得了长足的发展。尽管如此，如何根据明确的构效关系，设计开发出高效的NUV发光材料仍充满挑战。 

近日，黑龙江大学许辉教授领导的膦基光电功能材料团队在Chemical Society Reviews 上发表了题为“Electroluminescent materials toward near ultraviolet region”的综述。文章首先介绍了NUV电致发光材料及器件的发展历程（图1）。自20世纪80年代末报道了第一例GaN p-n结发光二极管（Light-emitting diode, LED）后，基于III-V氮化物半导体的NUV LED得到了迅速发展。2001、2015年和2016年相继报道了第一例基于有机发光材料的NUV有机发光二极管（Organic light emitting diode, OLED），量子点发光二极管（Quantum-dot LED, QLED）和钙钛矿发光二极管（Perovskite LEDs, PeLED）。目前，NUV OLED已可实现高达20.4%的最大外量子效率（External quantum efficiency, EQE）。

图1. 近紫外电致发光材料的发展历程 

该综述系统总结了发射波长小于430 nm的上述三类NUV电致发光材料。首先系统介绍了基本物理性质光致/电致发光机理和器件设计策略，然后提出了突破性能瓶颈所面临的关键问题和挑战。接下来全面总结了有机材料（根据发光机理分为传统荧光材料、磷光材料、热激发延迟荧光材料、热激子材料和“三线态-极化子”型的NUV材料）、QDs材料（Cd基量子点、ZnSe量子点、石墨烯量子点和无机钙钛矿类量子点）和有机-无机杂化的钙钛矿NCs NUV发光材料，并对相应的电致发光器件的性能进行详细阐述和类比，给出了各类材料在构筑NUV电致发光器件存在的优势和瓶颈。最后，文章给出了近紫外发光器件在白光照明、医疗、检测、微电子工业等方面的潜在应用（图2），展示了将NUV器件的高度可集成性和功能性，以激发研究者探索和应用高效NUV新材料的灵感。

图2. NUV电致发光器件的潜在应用 

这一成果近期发表在Chemical Society Reviews 上，文章的第一作者是黑龙江大学陈硕副教授，通讯作者为黑龙江大学许辉教授。