中国科学院大连化学物理研究所揭示有机共晶中三重态辅助的CT激子远距离输运新机制

　　近日，中国科学院大连化学物理研究所化学动力学研究室超快时间分辨光谱与动力学研究组(1110组)金盛烨研究员、田文明研究员团队在电荷转移(CT)激子输运动力学研究中取得新进展。团队在有机共晶材料中直接观测到CT激子突破纳米极限的远距离输运现象，提出并论证了三重态辅助的CT激子远距离输运新机制。
 

　　在有机光电器件中，激子会在电子给体(D)和受体(A)界面处部分解离，形成电荷转移(CT)激子。作为紧束缚激子与自由载流子的中间态，CT激子不仅与异质界面处的电荷转移与分离过程密切相关，其迁移过程也直接影响器件中载流子的传输效率。然而，受到CT激子寿命和迁移率的限制，其迁移距离通常只有几十纳米。
 

　　为实现CT激子输运距离的突破，该团队聚焦于具有微米级迁移能力的长寿命三重态激子。基于CT激子单重态-三重态(1CT-3CT)能级差较小、三重态(3CT)易发生反系间窜越产生热激活延迟荧光(TADF)的特性，团队创新性地提出利用TADF构建三重态辅助的CT激子远距离输运通道的设想。团队以具有TADF特性的二元CT共晶(TS-TC)为模型材料，利用自主搭建的超宽时域(ps-s-ms)时间分辨荧光动力学显微成像系统，直接观测到CT激子在微米尺度上的远距离输运现象。实验发现，在3CT态的辅助下，该共晶中超过80%的CT激子迁移距离从原本的纳米尺度(≤58 nm)显著提升至约11.2 m。进一步研究表明，在其他类似材料中也存在该三重态辅助的CT激子输运过程，从而验证了该机制的普适性。
 

　　该研究不仅为实现CT激子的远距离输运开辟了新路径，同时也为有机光电器件的优化设计提供了新思路。
 

　　金盛烨、田文明团队长期致力于微纳半导体的载流子动力学研究，揭示了钙钛矿量子阱中的长距离载流子输运机制(J. Am. Chem. Soc.，2020)，以及低温下混合晶相钙钛矿中非辐射载流子的高效输运机制(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)，实现在高压、低温等极端条件下的载流子扩散可视化研究(ACS Energy Lett.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2025)等。
 

　　相关研究成果以“Observation of triplet-assisted long-distance charge-transfer exciton transport in single organic cocrystal”为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。该工作的第一作者是我所1110组肖晔珺副研究员。上述研究得到了国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、辽宁省兴辽英才计划、大连市科技人才创新支持计划项目、我所创新基金等项目的资助。