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Color-Purity narrow-band near-infrared (NIR) phosphors of [Ir(C^N)2(N^N)]-bis- heteroleptic and [Ir(C^N)(C’^N’)(N^N)]-tris-heteroleptic Ir(III)-complexes forward to high-performance (all)-solution-processed NIR-PLEDs

本研究表明，通过优化效率、发射峰和光谱宽度之间的权衡，不对称三异齿配体铱(III)配合物（具体为 [Ir(dpbq)(iqbt)(ftrpz)]）在全溶液法制备的近红外发光有机发光二极管（NIR-PLEDs）中实现了卓越的色纯度近红外发射和创纪录的外量子效率。

原作者： Baowen Wang, Youquan Chen, Zhiming Zhang, Yu Chen, Xiaohui Yang, Sicheng Yao, Guorui Fu, Xingqiang Lü, Wai-Yeung Wong

发布于 2026-08-12

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CC BY 4.0

原作者： Baowen Wang, Youquan Chen, Zhiming Zhang, Yu Chen, Xiaohui Yang, Sicheng Yao, Guorui Fu, Xingqiang Lü, Wai-Yeung Wong

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

想象一个光不仅仅可以明亮或多彩，还可以对人眼不可见，却拥有在黑暗中视物、愈合组织或传递秘密信息之强大力量的世界。这就是近红外（NIR）光的领域——一个位于人眼可见红光边缘之外的特殊电磁波谱波段。科学家们长期以来一直试图创造出仅在这一不可见区域发光的“灯泡”，且不泄露任何可见的红光或橙光，否则会破坏这种效果。这个挑战就像是试图在静电风暴中将收音机调到一个单一且安静的频道；通常情况下，当你试图让光向更深的红外方向移动时，它会变得更暗、更模糊，失去锐度和效率。为了解决这个问题，研究人员使用了被称为铱(III)配合物的微小且复杂的分子。可以将这些分子想象成将电能转化为光能的微型工厂。目标是设计这些工厂，使其仅能高效地产生那种特定的、不可见的红外光，并使用简单的液态方法（如绘画或印刷）而非昂贵的高真空机械来构建承载它们的器件。

在这项研究中，一支研究团队决定重新设计这些分子工厂的蓝图。他们背离了通常使用两个相同的“主体”部分和一个“辅助”部分的标准设计，转向了一种更独特的、由三部分组成的“不对称”设计。他们创造了一种名为 Ir-2 的新分子，通过混合三种不同类型的配体（即连接铱原子的构建模块）来完成。其中一部分被选为“色彩大师”，负责创造深红外的光芒；而另一部分则是“更强力”的部分，旨在加固分子的结构并提升其性能。其结果是，与前任那种较宽、较模糊的光芒相比，Ir-2 分子表现得像是一台精密激光器。Ir-2 分子在 758 纳米处发出峰值光，且具有极窄的分布（半高全宽，FWHM 仅为 46 纳米），这意味着其光线极其纯净，不会泄露到可见光谱中。相比之下，他们的旧版本 Ir-1 虽然在 786 纳米处发光，但分布更宽（62 纳米）且效率较低。

研究人员并未止步于制造分子，他们还测试了其在实际发光器件中的表现。他们构建了两类原型。第一类使用了液体与真空结合的步骤（非全溶液法），其中 Ir-2 分子助力打造出了一个效率高达 2.456% 的纪录级器件。但真正的魔力发生在第二类上：一种完全使用液态工艺制造的器件（全溶液法），这种方法成本更低且更易于规模化生产。即便使用这种更简单的制造方法，基于 Ir-2 的器件仍达到了该特定类型全溶液、纯色红外光的纪录级效率 2.418%。这项研究表明，这种“三部分”分子设计是一个强大的平台，证明了你可以同时获得高效率和纯净色彩，尽管这类红外光极难制造，这为更廉价、更优质的夜视、医疗疗法和安全通信设备铺平了道路。

技术摘要：基于不对称三异构配体 Ir(III) 复合物的色纯度窄带近红外磷光材料

问题陈述
开发高效率、高色纯度的近红外（NIR）有机/聚合物发光二极管（OLEDs/PLEDs）仍是一个巨大的挑战。尽管铱(III)（Ir(III)）复合物在可见光应用领域取得了成功，但其在近红外区域（发射起始波长 $\lambda_{em} \ge 700$ nm）的应用受到两个主要因素的阻碍：

能量间隙定律（The Energy Gap Law）： 当发射波长延伸至 700 nm 以上时，激子-振动耦合增加，导致快速的非辐射衰减和降低的光致发光量子产率（ $\Phi_{PL}$ ）。
光谱纯度与效率的权衡： 许多近红外发射体由于电荷转移（CT）效应而表现出宽发射光谱（较大的半高全宽，FWHM），导致显著的可见光残留。真正的“高色纯度”近红外发射（Type-III 型），定义为全发射位于 700 nm 之外且具有极少的可见光成分，在不牺牲效率的情况下很难实现。此外，虽然溶液法处理在实现大面积制造方面具有成本优势，但溶液法处理的 NIR-PLEDs 的性能通常落后于真空沉积的器件。

研究方法
作者采用了一种专注于不对称三异构配体 Ir(III) 复合物（通式为 $[Ir(C^N)(C'^N')(N^N)]$ ）的分子设计策略。

分子设计： 本研究针对的是 $[Ir(dpbq)(iqbt)(ftrpz)]$（命名为 Ir-2）复合物的设计。该设计具有以下特征：
- 一个负责颜色的 $Hdpbq $($ HC^N$) 主配体，以确保近红外发射。
- 一个 $Hiqbt $($ HC'^N'$) 配体，用于调节电子结构。
- 一个具有强配体场强度的 $Hftrpz $($ HN^N$) 辅助配体，用以稳定复合物并调节发射。
该设计与双异构配体对应物 $[Ir(dpbq)_2(ftrpz)]$ (Ir-1) 进行了对比，以评估第三种不同配体的影响。
合成： 这些复合物通过涉及 $\mu$ -氯桥联二聚体中间体的一步反应进行合成，并通过闪柱层析进行纯化。
表征： 进行了全面的分析，包括元素分析、FT-IR、 $^1$ H NMR、ESI-MS、X 射线单晶衍射、热重分析（TGA）和循环伏安法（CV）。
器件制备：
- 非全溶液法处理器件： 使用真空沉积的电子传输层（TmPyPB）进行制备，以作为性能基准（NIR-PLED-1A 和 NIR-PLED-2A）。
- 全溶液法处理器件： 使用多层正交溶剂系统策略进行制备。该策略利用聚合物电子传输层（Poly(vinyl-PBD)）取代真空沉积层，从而实现了全溶液法处理的器件（NIR-PLED-2B）。主体基质采用 PVK:OXD7（质量比 60:35 wt%），掺杂比例为 5%。

关键结果

结构与热学性质： X 射线衍射证实了三异构配体 Ir-2 复合物具有不对称的扭曲八面体几何结构。热稳定性分析显示，Ir-1 和 Ir-2 的 5% 失重温度分别为 223°C 和 237°C，足以满足溶液法处理的要求。
光物理性质：
- Ir-2 的峰值发射波长为 758 nm，具有 46 nm 的窄 FWHM 和 4.9% 的光致发光量子产率（ $\Phi_{PL}$ ）。
- Ir-1 的发射波长为 786 nm，具有 62 nm 的较宽 FWHM 和较低的 3.6% $\Phi_{PL}$ 。
- 理论计算（TD-DFT）表明，Ir-2 的卓越性能源于效率与光谱纯度之间的“权衡”。引入 $iqbt $配体增加了$ ^3$MLCT 特性（相对于 Ir-1 的 5.80%，增加至 6.89%），从而增强了辐射衰减速率（ $k_r$ ），同时特定的配体组合保持了由 $^3$ ILCT 特性主导的窄发射带。
器件性能：
- 非全溶液法处理器件 (NIR-PLED-2A)： 在 758 nm 处实现了 2.456% 的最大外量子效率（ $\eta_{EQE}$ ），亮度为 970.3 mW/(sr·m²)。
- 全溶液法处理器件 (NIR-PLED-2B)： 通过使用聚合物 ETL 策略，该器件在 758 nm 处实现了创纪录的 2.418% $\eta_{EQE}$ 。这一性能超过了此前报道的基于 Ir(III) 复合物的全溶液法处理高色纯度 NIR-PLEDs。
- 两类器件均展示了“Type-III”色纯度，即几乎 100% 的发射光谱位于 700 nm 之外。

意义与主张
本文的主张是，不对称三异构配体设计策略成功解决了近红外发射体的效率-纯度权衡问题。通过使用特定的配体组合（一个负责颜色的配体、一个结构调节配体和一个强场辅助配体），作者实现了一个优化了发射波长、光谱宽度和量子效率平衡的“折中方案”。

这项工作的核心意义在于证明了可以通过全溶液法处理实现高性能、高色纯度的 NIR-PLEDs。该研究确立了 $[Ir(C^N)(C'^N')(N^N)]$ 复合物（特别是 Ir-2）作为高效、低成本、大面积近红外光电器件的可行平台，克服了历史上溶液法处理与真空沉积 NIR OLEDs 之间的性能差距。

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