9月16日，化學化工與材料學院許輝教授領導的磷基光電功能材料科研團隊在美國科學促進會AAAS出版的《Science Advances》上發表了題為“基于場誘導溶劑效應的變色熱激發延遲熒光二極管”（Allochroic thermally activated delayed fluorescence diodes through field-induced solvatochromic effect）的研究論文。
有機電致發光變色器件（Allochroic organic light-emitting devices, AOLEDs）是一種獨特的OLEDs，其發光顏色依賴于施加電壓。因此，它們可以將電信號轉化為光顏色信號，是一類完美的肉眼信息識別器。常見的AOLEDs是通過調節發光層的復合區域或改變能量傳遞過程來實現對電致發光光譜的調控。但是，復合區域或能量傳遞的改變常常引起激子復合、猝滅等過程的變化，從而降低此類器件的電致發光性能、重復性和應用價值。因此，如何實現電致發光性能達到實用要求（如，亮度超過1000 cd m-2和外量子效率達到10%等）的AOLEDs仍然是本領域所面臨的關鍵挑戰之一。
近年來，熱激發延遲熒光（TADF）器件由于其100%的激子利用率、低成本及環保等優點而備受關注。大多數的TADF發光體是基于具有強分子內電荷轉移相互作用的給受體結構，因此都表現出明顯的溶劑變色效應。當OLEDs采用摻雜型發光層時，對發光層中的發光客體而言，主體基質實際上起著固體溶劑的作用。因此，主體材料的分子極性將直接影響TADF器件的發光顏色。
基于這一考慮，黑龍江大學許輝教授領導的磷基光電功能材料課題組開發了一類具有全新工作原理的TADF變色器件。他們設計合成了一種咔唑-膦氧分子3,6-二叔丁基-1,8-二（二苯基膦氧基）-9H-咔唑（3,6-di-tert-butyl-1,8-bis (diphenphosphoryl)-9H-carbazole,tBCzHDPO）。這一分子存在兩種不同極性的構象，利用分子內氫鍵的形成來改變分子構象，就能調控其分子極性。并且，極性的變化可通過電致發光過程中產生的焦耳熱來實現，從而賦予了tBCzHDPO場誘導極性變化的特性。以tBCzHDPO為主體，以常用藍光TADF染料DMAC-DPS為客體所構建的器件表現出典型的電致發光變色行為。隨著電壓增加，其發光從藍綠光逐漸變為深藍光，波長變化范圍達到20 nm，色坐標y變化超過0.1。同時，這一變色器件具有優異的電致發光性能，最大外量子效率達到15%。特別值得注意的是，此器件發光變色幅度具有顯著的電壓依賴特性，而且變色過程不可逆。因此，該器件可被進一步應用于可視化加密信息存儲器件中，在特定電壓下實現加密寫入，并可在不同電壓下根據不同的發光顏色實現肉眼識別信息。另外，由于變色過程的不可逆性，當加過高電壓時所有信息將被永久清除，從而實現保密性更強的信息存儲和顯示。
該類基于“電致溶致變色效應”原理的新型電致發光變色器件所展現出的全新特性為解決變色器件穩定性和電致發光性能差等關鍵問題提供了一條可行途徑，并且在加密信息存儲方面表現出了獨特優勢和巨大的應用價值。
許輝教授領導的磷基光電功能材料課題組主要開展功能磷化學相關的基礎和應用研究，特別是在芳香膦氧主客體材料及其超低壓驅動全色電致發光器件和雙發射電致發光材料構筑及其高效器件等方向的研究處于國際前沿水平。在國際上首次實現了單一主體超低壓驅動白光電致磷光和熱激發延遲熒光器件，多次刷新藍光電致磷光和熱激發延遲熒光器件最低驅動電壓記錄，填補了普適性全色高效熱激發延遲熒光主體材料等研究空白，提出了基于銅配合物等體系的雙發射電致發光材料設計構想并成功驗證。所制備的DPEPO、DBFPPO和SFXSPO等代表性芳香膦氧主體材料得到國內外同行的廣泛認可并被商品化，其中DPEPO已成為藍光熱激發延遲熒光器件的主流主體材料，已在400余篇SCI論文工作中被采用。課題組已發表SCI收錄論文80余篇，其中在Sci. Adv.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Adv. Mater.（7篇）四種頂尖期刊上發表研究論文12篇，在影響因子5-10之間的36篇，另在Chem. Soc. Rev.和Coordin. Chem. Rev.上發表綜述論文2篇。研究成果他引近3000次，ESI高被引論文8篇。
該項研究得到國家自然科學基金委、黑龍江省科技廳和黑龍江省教育廳的資助。論文第一作者為化學化工與材料學院韓春苗副教授，在讀博士研究生段春波為共同第一作者，黑龍江大學為唯一完成單位。
圖1基于tBCzHDPO主體的AOLEDs變色原理圖和器件照片及其色坐標隨電壓變化趨勢。照片展示了以8 V寫入和4 V讀取的可視化信息存儲過程。右下角給出了器件的變色理論模型，即場致構象變化所引起的高達4.59 D的極性變化是器件能夠實現穩定高效變色的根本原因。（Allochroic mechanism, device photos and CIE variation during voltage change oftBCzHDPO-based AOLEDs. Photos show the visible information storage process by 8 V writing and 4 V reading. The allochroic mechanism is revealed at bottom right corner, namely the polarity variation as high as 4.59 Debye induced by field-induced conformation transformation is the essential reason of the stable and efficiency allochroic performance for the devices.）
Han, C.; Duan, C.; Yang, W.; Xie, M.; Xu, H., Allochroic thermally activated delayed fluorescence diodes through field-induced solvatochromic effect.Sci. Adv.2017,3, (9), e1700904.
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