Angew：电致发光团簇

作为一种光电功能材料，团簇由于具有100%激子捕获能力和独特的有机-无机杂化结构，热活化延迟荧光（TADF）和/或磷光（PH）的可调激发态特性以及良好的光热稳定性而在近年来迅速兴起，尤其是在电致发光（EL）领域。近日，黑龙江大学的许辉教授（点击查看介绍）团队对电致发光团簇的最新进展进行总结，并对其构效关系进行讨论。本文以minireview的形式发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是黑龙江大学博士研究生张晓君。

图1. 电致发光团簇发展里程碑。

随着对节能、环保、低成本平板显示和固态照明需求的日益增长，电致发光半导体和相应的发光器件受到持续关注。有机配体稳定的金属团簇具有独特的激发态特性和结构刚性，使其具有光电功能可调性和高光热稳定性。基于此，团簇已经被广泛地应用于传感、生物成像和光催化等领域。有机配体对团簇的簇核结构、激发态组成、团簇间相互作用和加工性具有重要作用，而金属簇核决定了团簇内相互作用和分子构型。因此，团簇结合了有机和无机体系的优点，是电致发光的理想选择。

自1999年第一例电致发光Z型Cu₄簇报道以来，铜簇由于其低成本、高可持续性和簇核多样性等优势，成为最重要的电致发光团簇之一。此外，金、银及其合金团簇以及Mo₆簇也被应用于团簇发光二极管（CLED）。十几年来，随着对于团簇激发态和CLED激子捕获机理研究不断深入，CLED的外量子效率（EQE）已从最初的0.1%提升至30%，表明团簇在光电领域应用中的巨大潜力。

团簇的金属簇核中金属-金属间距离小于二者范德华半径之和，因此与单核金属配合物相比，团簇的金属间相互作用不仅可以提升团簇的稳定性，还能增强自旋轨道耦合和系间窜越，促进三重态跃迁，抑制非辐射结构弛豫，同时也会使激发态变得复杂。因此，独特的激发态特征是团簇的优势，同时也是电致发光团簇发展中的挑战。基于此，本文首先对电致发光团簇的激发态组成、光物理特性以及CLED器件物理等方面进行了介绍，并提出了电致发光团簇在激发态优化、电致发光性能提升以及加工改性方面所遇到的挑战。随后，根据簇核的构成，作者分别对（1）基于铜、金、银、钼的单金属电致发光团簇；以及（2）基于金/银的合金电致发光团簇的构效关系和器件性能进行了讨论。

图2. 有机分子、单核配合物、团簇和量子点激发态对比。

对于电致发光团簇和CLED的研究仍然处于初始阶段。然而，结合有机组分的激发态可调和无机组分的高稳定性的特点，团簇是一类具有良好的发展前景的电致发光材料。十年来，基于配体功能化和器件工程，CLED的EQE得到了几千倍的提升，从<1%提升至30%的上限值。然而，高效电致发光团簇的发展在明确构效关系、构筑全彩发光体和目的性的器件设计等方面仍然面临挑战。这些问题为团簇材料和器件的发展留下了很大的空间，也预示着光电功能团簇的光明前景。

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Electroluminescent Clusters

Xiaojun Zhang, Hui Xu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202317597, DOI: 10.1002/anie.202317597

研究团队简介

黑龙江大学化学化工与材料学院膦基光电课题组

课题组的研究方向基于光电应用的磷基材料（包括小分子、配合物和聚合物），涉及化学、材料科学和器件物理等多个学科。使用经典的化学手段作为基础方法，将含磷的器件组装成集成系统，发现新的科学现象并探索新的应用，例如有机电致发光二极管、光电探测器和太阳能电池。特别对以磷为基础的官能团的电子和空间效应来控制激发态特征和分子间相互的作用，了解结构和物理性质之间的关系。课题组具有充足的科研经费、实验室空间和全新的实验设备，欢迎报考硕士、博士，申请联培研究生、科研助理和博士后。

课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/phosphine 

许辉，黑龙江大学教授、博导。化学化工与材料学院院长、功能无机材料化学教育部重点实验室常务副主任。国家杰出青年基金获得者、百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家、国家高层次青年人才、教育部新世纪优秀人才、龙江学者特聘教授、黑龙江省杰出青年基金获得者、省政府特殊津贴专家。主要从事磷基光电功能材料相关的研究。在Nature Photonics、Science Advances、Chem、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Advanced Materials等期刊上发表论文150余篇。授权的国家发明专利50余项，已转让2项。主持国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目、面上项目等国家和省部级20余项。获黑龙江省科学技术奖自然科学类一等奖、2021年中国光学十大进展提名奖等。