有机发光场效应晶体管是一种兼具场效应晶体管和发光二极管两种器件功能的光电集成器件，在下一代变革性柔性显示方面具有潜在重要应用。高性能有机发光场效应晶体管器件的构筑需要核心材料体系兼具高迁移率和强发光特性，但该类材料的设计合成一直面临巨大挑战，限制了有机发光场效应晶体管及其相关应用器件的研究。

近日，中国科学院化学研究所董焕丽团队与天津大学、北京化工大学、青岛科技大学、福州大学、南开大学的研究人员一起合作，在长期从事高迁移率发光有机半导体材料与OLET器件研究的基础上，针对目前领域中存在的高电子迁移率发光材料严重缺乏和大部分报道材料为荧光发射，限制OLET器件中高效电光转换效率的科学问题，进一步设计合成了两类由2,6-取代蒽供体和3'与4'-取代萘单酰亚胺（NMI）受体构建的二萘蒽二酰亚胺（DNADIs）分子。一方面通过引入A-D-A结构，有效调控了分子的能级，使其展现了特征的电子传输；另一方面，通过对NMI取代位点的细微变化，调控其共轭效应及极化效应，实现了对分子杂化的局域激发与电荷转移（HLCT）激发态特性的调控。系统研究结果表明，在4'-DNADI分子体系中实现了兼具26%的固态光致发光量子产率、0.02 cm² V^-1 s^-1的电子迁移率和热激子延迟荧光的良好光电集成特征（图1）。

首先，研究人员考察了DNADI的光物理性质。结果表明，4'-DNADI的前线分子轨道可能具有HLCT激发态的性质（图2a）。进一步的溶剂化效应与Lippert–Mataga拟合研究证实了HLCT激发态的存在（图2b）。随后的自然演化轨道计算表明4'-DNADI的三线态激子利用可能是由T₄-S₂的反系间窜越（RISC）实现。经过进一步的光物理实验，瞬态吸收光谱验证了4'-DNADI的三线态利用通道，而磷光光谱（图2c）观测到了其磷光与延迟荧光双发射。最终研究人员给出了可能的激子利用通道（图2d），而3‘-DNADI被认为不具备显著的三线态激子利用能力。

随后研究人员考察了C4-DNADI的电子传输能力，受分子扭转与晶体堆积的影响，3'-DNADI具有最高0.05 cm² V^-1 s^-1的电子迁移率，而4'-DNADI具有最高0.02 cm² V^-1 s^-1的电子迁移率（图3）。这也是首个兼具高电子迁移率、强发光和三线态激子利用能力的有机材料。最后，研究人员将4'-DNADI用于平面叠层OLET器件与OLED器件当中，验证了其光电集成特性（图3e, f）。这项工作丰富了高迁移率发光有机半导体材料体系，同时为进一步开发具有高效三线态激子利用特性的高迁移率发光有机半导体材料的开发提供了新思路。