化學(xué)系周必泰教授研究團(tuán)隊(duì)　成果登頂級(jí)期刊Nature Photonics

臺(tái)大化學(xué)系教授周必泰研究團(tuán)隊(duì)，成功將團(tuán)隊(duì)本身所保持的有機(jī)強(qiáng)放光世界紀(jì)錄，一舉突破到1000奈米。此傑出的研究成果已於2022年10月10日正式發(fā)表於國(guó)際光電頂尖的「自然光電」Nature Photonics期刊。

近紅外 (NIR) 波長(zhǎng)在1000~1700 nm的範(fàn)圍俗稱紅外二區(qū) (NIR(II)) ，在生醫(yī)領(lǐng)域上，它可以穿過(guò)皮膚組織以及血管做深層成像檢測(cè)；此外，因?yàn)槲論p失少，它也是光纖科技在資訊傳遞上的重要波長(zhǎng)範(fàn)圍。紅外二區(qū)放光材料若要考量未來(lái)更普遍的應(yīng)用性，則具多樣性的有機(jī)分子材料是最佳的選擇。但發(fā)展瓶頸一直被「能隙定律」 (energy gap law) 所限制，也就是有機(jī)分子當(dāng)激發(fā)態(tài)(excited state)和基態(tài)(around state)之間的放光能量差，也就是所謂的「能隙」愈低時(shí)，激子 (exciton) ─ 振動(dòng) (vibration) 的耦合也就愈強(qiáng)，導(dǎo)致激子轉(zhuǎn)為熱能消散。紅外二區(qū)的能隙比可見(jiàn)光區(qū)低很多，所以有機(jī)分子材料在紅外二區(qū)其放光產(chǎn)率接近於零。如何讓有機(jī)分子在紅外二區(qū)有強(qiáng)放光性質(zhì)，在國(guó)際光電科研上被認(rèn)為是一個(gè)不可能達(dá)成的任務(wù)。

為了化不可能為可能，周必泰教授團(tuán)隊(duì)自2017年起從理論基礎(chǔ)出發(fā)，思考若耦合是不可避免發(fā)生的定律，那麼是否可以經(jīng)由其他方式，來(lái)有效降低有機(jī)材料激子/振動(dòng)的耦合強(qiáng)度，進(jìn)而減低熱消散的發(fā)生機(jī)率。團(tuán)隊(duì)與新竹清華大學(xué)教授季昀、海洋大學(xué)教授洪文誼以及國(guó)影同步輻射中心莊偉綜博士合作，利用鉑金屬錯(cuò)合物配位基分子的更加平面化，以及將有機(jī)化合物中的氫原子用氘置換，也就是所謂的氘化，一舉突破團(tuán)隊(duì)2020年發(fā)表在自然光電的世界紀(jì)錄 840-930 奈米，在分子的放光原理及設(shè)計(jì)上做出突破性的國(guó)際性貢獻(xiàn)，刊登於「自然光電」Nature Photonics期刊。

本研究突破性在於，因?yàn)?000奈米放光能隙已經(jīng)非?？拷哳l如C-H振動(dòng)的低能階範(fàn)圍，單純利用過(guò)去堆疊分子方式來(lái)減低耦合強(qiáng)度，已不足以讓被激發(fā)的分子以光能形式釋出。周教授團(tuán)隊(duì)成功將整個(gè)分子氘化，透過(guò)碳?xì)滏I之氫原子氘化進(jìn)一步降低耦合熱消散速率。透過(guò)分子堆疊加上全面性的氘化，成功突破能隙定律在紅外二區(qū)的桎梏。依此設(shè)計(jì)出的電致發(fā)光元件 (OLED) ，其放光波長(zhǎng)已達(dá)到1000奈米，內(nèi)部量子產(chǎn)率達(dá)21%，外部4.2%，皆為世界紀(jì)錄。未來(lái)將挑戰(zhàn)前所未有的有機(jī)分子紅外三區(qū)範(fàn)圍 (1700-2000 nm) 的放光領(lǐng)域，並將現(xiàn)有成果商業(yè)化，歡迎學(xué)界及業(yè)界一起共襄盛舉。

研究成果全文：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01079-8