化學系周必泰教授研究團隊　成果登頂級期刊Nature Photonics

臺大化學系教授周必泰研究團隊，成功將團隊本身所保持的有機強放光世界紀錄，一舉突破到1000奈米。此傑出的研究成果已於2022年10月10日正式發表於國際光電頂尖的「自然光電」Nature Photonics期刊。

近紅外 (NIR) 波長在1000~1700 nm的範圍俗稱紅外二區 (NIR(II)) ，在生醫領域上，它可以穿過皮膚組織以及血管做深層成像檢測；此外，因為吸收損失少，它也是光纖科技在資訊傳遞上的重要波長範圍。紅外二區放光材料若要考量未來更普遍的應用性，則具多樣性的有機分子材料是最佳的選擇。但發展瓶頸一直被「能隙定律」 (energy gap law) 所限制，也就是有機分子當激發態(excited state)和基態(around state)之間的放光能量差，也就是所謂的「能隙」愈低時，激子 (exciton) ─ 振動 (vibration) 的耦合也就愈強，導致激子轉為熱能消散。紅外二區的能隙比可見光區低很多，所以有機分子材料在紅外二區其放光產率接近於零。如何讓有機分子在紅外二區有強放光性質，在國際光電科研上被認為是一個不可能達成的任務。

為了化不可能為可能，周必泰教授團隊自2017年起從理論基礎出發，思考若耦合是不可避免發生的定律，那麼是否可以經由其他方式，來有效降低有機材料激子/振動的耦合強度，進而減低熱消散的發生機率。團隊與新竹清華大學教授季昀、海洋大學教授洪文誼以及國影同步輻射中心莊偉綜博士合作，利用鉑金屬錯合物配位基分子的更加平面化，以及將有機化合物中的氫原子用氘置換，也就是所謂的氘化，一舉突破團隊2020年發表在自然光電的世界紀錄 840-930 奈米，在分子的放光原理及設計上做出突破性的國際性貢獻，刊登於「自然光電」Nature Photonics期刊。

本研究突破性在於，因為1000奈米放光能隙已經非常靠近高頻如C-H振動的低能階範圍，單純利用過去堆疊分子方式來減低耦合強度，已不足以讓被激發的分子以光能形式釋出。周教授團隊成功將整個分子氘化，透過碳氫鍵之氫原子氘化進一步降低耦合熱消散速率。透過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的桎梏。依此設計出的電致發光元件 (OLED) ，其放光波長已達到1000奈米，內部量子產率達21%，外部4.2%，皆為世界紀錄。未來將挑戰前所未有的有機分子紅外三區範圍 (1700-2000 nm) 的放光領域，並將現有成果商業化，歡迎學界及業界一起共襄盛舉。

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