有机光电材料多组分协同与高性能器件应用研究

The high-performance and multi-functional organic optoelectronic materials provide promising solutions for the key issues that hinder the progress of organic electronics, including the molecular structure design of optoelectronic molecules, rational control of excited states, and the balance of charge injection and carrier transport. In this proposal, we intend to realize the high-performance and multi-functional organic devices using the multi-component synergistic cooperation effects. With the combined theoretical and experimental investigation strategy, we start the research on three directions of single component optoelectronic properties, intermolecular interaction modelling and optoelectronic synergistic cooperation. The mechanisms of synergistic cooperation, component composition principle, organization structure construction methods and excited state manipulation approaches are investigated systematically to reveal the basic relations between the material structure, state, process, and performance. The general understandings on the fundamental principles and methods on multi-component modulating of the optical, electronic and excited state properties of organic molecules. The selection, design, and preparation of new multi-component organic optoelectronic materials will be greatly impact the progress of high-performance organic optoelectronic devices and initiate the new types of organic device applications. This proposal, if accepted, will fill the blank in current studies of multi-component organic optoelectronic materials, promoting significantly the development of new-concept and high-performance organic optoelectronic materials and the progress of organic electronics.

有机光电功能材料与器件的高性能化和多功能化是当前有机电子学研究的前沿课题，所涉及的光电分子结构设计、激发态理性调控、载流子注入/传输平衡等也是光电信息技术领域的的核心关键问题。本项目提出“利用有机光电分子的多组分协同实现高性能和多功能器件应用”，采用理论和实验相结合的研究方式，从单组分光电特性、分子间相互作用模式和光电功能协同三个层面，深入研究多组分有机材料的光电协同作用机制、组分配伍原则、组织结构构建方法和激发态调控机理，探索材料结构-状态-过程-性能之间的一般规律，阐明有机分子光学、电学和激发态寿命多组分协同的基本原理和方法，筛选、设计和制备新型多组分有机光电材料，促进高性能有机光电器件的发展并拓展新型器件应用。本项目申请的实施，有望填补当前多组分有机光电材料结构-性能构效关系研究的空白，促进新概念、高性能有机光电材料的开发和有机电子学的进一步发展。

多组分有机光电材料在各类器件中被广泛运用，但多组分协同机制和相关材料的构建原则和调控手段尚未有系统性和针对性的研究，本项目从固体物理角度深入研究有机材料发光现象，揭示多组分有机光电材料的独特光电过程和协同作用机理，深入认识并系统开发多组分有机光电材料及其器件应用：发展了多组分高性能有机超长室温磷光/长余辉材料，解决了有机长余辉难以蓝光发射、效率偏低、稳定性较差等瓶颈问题，发光寿命可达4.2 s、效率超过65%，处于国际领先水平；通过磷光材料、激基复合物、动态自调节主体等材料的配伍与协同，获得了高性能有机电致发光器件，器件发光外量子效率超过31%，接近国际最高器件性能；提出钙钛矿材料的动态修饰、面膜法修复、柔性调控、原位多重钝化等策略，获得了高效、稳定的反式钙钛矿太阳能电池；提出了液氮剥离、果胶助磨等硫化钼二维纳米复合材料制备的新方法，多组分二维材料在电存储、钾离子储能电池等方面取得了良好的应用效果；运用激子理论定量分析了H聚集对有机磷光发射的影响，揭示了有机长余辉过程与聚集结构之间的构效关系和具体机制，发展了机器学习预测热活化延迟荧光发光行为，首次报道了有机长余辉三模发射、非线性有机长余辉、手性簇有机长余辉等。部分研究结果发表在Nature Communications、Science Advances、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Angewandte Chemie-International Edition等国内外高水平期刊上，项目负责人以通讯作者发表SCI论文74篇，其中Nature和Science子刊4篇，ESI高被引论文5篇；申请中国发明专利16项，获授权10项；以第一完成人获江苏省自然科学进步奖二等奖1项、中国电子学会科学技术奖自然科学三等奖1项，以第二完成人获江苏省高等学校科学技术研究成果奖一等奖；培养了10余名具有综合科研背景的研究生，多名学生获得国家奖学金、省优秀毕业论文等。本项目研究初步填补了多组分有机光电材料领域的研究空白，为多组分有机光电材料的理性设计和器件性能提升指出了道路，也为深入认识结构和性能之间的内在联系、调控材料的激发态结构和演变过程提供了依据。