有机发光二极管（OLED）在超高清显示器（UHD）和照明应用中展现出巨大潜力，已经在各个显示领域（如手机等）得到广泛应用。但目前大部分研究都集中在发光分子的光物理性能方面，针对发光层薄膜性质及器件物理层面的探索相对匮乏，而有机薄膜的质量对有机半导体中的载流子动力学行为至关重要。在非/掺杂薄膜中，即使是微小的空隙也可以被水或氧分子渗透，形成水/氧诱导陷阱的电荷陷阱态，显著阻碍载流子迁移及复合。虽然非掺杂薄膜和晶态状态中的水/氧诱导陷阱已经得到了全面研究，但对于这些陷阱在掺杂状态下的性质仍缺乏深入探讨。

为深入探讨以上问题，近期中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员、李伟副研究员和华南理工大学苏仕健教授等，在可控分子成膜工程增强载流子行为的机制研究中取得了重要进展。团队在本研究中提出了一种多功能分子设计策略，通过在分子结构中引入氟苯基团，设计了一种多功能分子DspiroO-F-TRZ。基于DspiroO-F-TRZ的热活化延迟荧光有机发光二极管（TADF-OLED）和敏化荧光有机发光二极管（TSF-OLED）分别展现出38.1%和37.6%的优异外量子效率（EQE），比基于未引入氟苯基团的分子DspiroO-TRZ器件性能有了大幅提升。

该工作中的实验结果表明，在掺杂的DspiroO-F-TRZ薄膜的表面和内部形成了纳米级“簇”。换言之，掺杂薄膜表面和内部局部有序结构的存在是由于引入氟苯基片段所导致的分子内和分子间非共价相互作用。DspiroO-F-TRZ薄膜中的这种纳米级“簇”可以在掺杂薄膜中形成更均匀的形状，类似于流行的游戏俄罗斯方块，这可以显著减少缺陷态密度，优化载流子注入和传输特性，如图所示。修饰后的分子器件效率相对于修饰前提高了接近1倍，其他相关性能也有大幅度提升，突出了本研究的科学性及重要性，为未来的分子设计提供了新的思路。

该工作以“Enhancing Carrier Behavior via Controlled Molecular Film Formation Engineering Leads to Significant Improvement in Electroluminescence”为题发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上（DOI: 10.1002/anie.202415856），张家森博士和华南理工刘邓辉博士为本文共同第一作者，葛子义研究员、李伟副研究员和华南理工苏仕健教授为本文的通讯作者。

该研究得到了国家杰出青年科学基金（21925506）、国家自然科学基金（U21A20331、51773212、81903743、52003088）、宁波市重点科技项目（2022Z124、2022Z119）等的支持。

图 (A) DspiroO-F-TRZ和DspiroO-TRZ的分子结构；(B)优化的分子构型；(C)类俄罗斯方块堆积示意图；(D) 载流子注入、传输和复合特性

（光电信息材料与器件实验室  张家森）