有机光电功能材料是研究有机分子的光电特性，阐明分子组成、结构、聚集态形貌与功能之间的关系，探讨其光吸收、发光、电荷传输、激发态等机理，从而揭示材料分子的构性关系，指导材料分子设计、拓展材料应用范围的科学。有机功能材料基于共轭化学基元，以其离域的 π 电子参与各种光电过程。有机分子的资源丰富，价格低廉，并集质轻、柔性、可拉伸、光谱可调、可大面积制备等优势于一身，成为最具发展前景的人工材料。有机光电功能材料在有机太阳能电池、有机发光二极管、有机薄膜晶体管等柔性有机半导体器件方面得到了广泛的应用。有机光电功能材料需要学科交叉来开展研究，其涵盖化学、材料、物理、生物等相关内容，成为目前材料化学研究的前沿研究领域。

根据作者对有机光电领域研究工作的了解，最近 10 年科学家关注的主要热点问题如下。

得益于智能手机、电视和 PC 端增加对有机发光二极管（OLED）的使用量，目前 OLED 的材料市场规模正经历快速增长。目前，虽然高效率磷光配合物已经代替传统荧光材料被应用于产品终端，蓝光一直是磷光材料的最大瓶颈，即便经历了长达 20 余年的产学研究，仍旧难以开发出兼具效率、稳定性和纯色的蓝色磷光材料，这使得产业界和科研界对热活化延迟荧光（TADF）材料寄予厚望。TADF 材料分子设计与制备为 OLED 开拓了新的研究领域。围绕 TADF 所发展的新型纯有机分子，其效率已经完全可以媲美高效率的磷光材料。目前围绕 TADF 有几大重要的研究方向，包括高效率材料的分子设计、高稳定性的 TADF 材料与器件、TADF 敏化机制与性能调控、TADF 在其他相关领域的应用（催化、生物检测、X 射线闪烁体等）。

为了满足人们对高清显示的需求，发光像素点需要具有足够的色纯度，这对扩展发光色域，还原自然界的真实色彩非常关键。因此，这激发了寻找窄光谱发光性质的发光材料的研究热情，目前能满足该条件的发光体系包括传统的量子点发光材料，新兴的钙钛矿发光材料，以及最近兴起的具有多重共振结构的有机材料，这些材料目前都可以实现小于20纳米半峰宽的发光。除了纯无机的量子点外，后两者都可以归属于有机光电功能材料领域。自2014年剑桥大学 Richard H. Friend 课题组首次报导能在室温下工作的钙钛矿发光二极管以来，绿光和红光取得了长足的进步，目前都突破了20%的外量子效率，但在蓝光领域，仍然存在效率低、光谱不稳定、寿命短等问题。而有机材料则限于少数几种分子结构，在红光波段光谱展宽较为严重，而蓝光区虽然光谱较窄，但延长深蓝光器件的寿命依然存在较大的挑战。

磷光是一种特殊的发光现象，与常见的荧光不同，磷光的寿命更长，可从数毫秒到数小时，而且其发射波长距离激发波长更远。在当今世界，各种各样的磷光材料更因其独特性质在防伪、分子开关、生物成像等领域有着广泛的应用，也受到了化学、材料科学和生命科学工作者的关注。一般的有机分子的磷光需要在极低温环境下（如液氮冷冻77 K）才能发出磷光，室温环境下磷光会被分子运动所淬灭。在分子设计中，通过刚性网络控制或者固定发光分子，从而抑制三线态放热失活的过程是其中的关键策略。此外， 重原子效应、磷光效率、磷光延迟寿命、光色可调节性以及如何将其用于信息记录与加密、生物标记与成像领域或防伪标识是目前领域内所关注的问题。

有机光伏材料研究在相关的共轭分子合成、理解能量损失过程与开启电压的关系、薄膜形貌对器件性能的影响等方面积累了大量的经验。这些经验无疑为近年来非富勒烯受体的高速发展奠定了基础。基于A-D-A型小分子受体成为了目前高效受体分子设计的主流，在这个基础上，给体材料、界面材料、掺杂材料也围绕各类新型受体材料进行了重新开发。此外，器件工程和材料间的作用机理也引起了科学家的注意，比如此类材料体系往往具有非常小的能量损失，内建电荷分离电势也往往小于传统认知的0.3 eV。除此之外，单组分光伏材料也取得了一定的进展，目前效率也已超过了10%，体现一定的研究潜力。

有机分子晶体的可控生长、场效应晶体管器件制备和电荷传输性质的表征、精确堆积结构的解析以及有机分子堆积结构和电荷传输性质之间的内在联系是研究有机场效应晶体管器件的4个关键科学问题，也是深入理解有机功能材料中载流子传输机理的关键点。有机分子的晶体结构是有机分子多级结构的研究重点和难点。基于精确的有机分子晶体结构，研究人员可以总结出更精细的分子设计策略并指导新型高性能有机功能的开发。有机掺杂体系是多元的混合体系，其固相微观形貌比有机场效应晶体管等器件中组成单一的半导体层也更为复杂。掺杂剂及极化子 / 掺杂剂对离子的存在常会破坏有机功能分子原本有序的堆积形式，特别是影响分子间的 π-π堆积和链间电荷传输。如何通过合理的掺杂剂分子设计、加工方法以减弱掺杂对有机功能分子原本有序堆积的影响, 优化掺杂薄膜的微观形貌是目前掺杂领域和高效热电器件中亟待解决的另一焦点问题。

有机自由基具有不同于常规共轭分子的开壳的电子结构，因而具有独特的物理化学性质，在光电磁领域有着潜在应用。最近，通过在此类自由分子上引入给电子基元，使得给-受体分子自由基具有反构造原理（anti-Aufbau）的电子结构，从原理上大幅提高了发光自由基分子的稳定性。最近，大阪大学的 Ryo Shintani 等通过在分子的锯齿状边缘引入大体积位阻取代基合成出了室温下稳定存在的三角烯分子材料，确认其处于三重基态，未来有望合成出先进的电性和磁性材料。

利用单个分子组装光电子器件，并在未来构建单分子集成电路，是有机光电领域极具挑战的课题。目前单分子器件可以简单分为单分子开关与单分子导线等。在分子中需要引入和电极作用锚点，精确控制其连接，通过本身的异构化或者外界的刺激探测其晶体管性质；或者在分子中引入多尺度的作用（包括共轭作用和空间作用），扩展电荷传输的通道，提升其导电率。该研究在测试的精确度上要求较高，且多集中于电信号的输出， 进一步研究可以拓展至有机光电的其他领域，比如光信号和磁信号的输出。

过去10年里，由我国学者所开创的石墨炔的相关研究也逐渐兴起。石墨炔与石墨烯均为单层碳原子，但这些碳原子能以多种不同的形态而存在，这就使得其用途更加广泛。再者，石墨炔可实现自我掺杂，天生具有电荷载子，因而能作为电子元件所9需的半导体材料。

WoS 论文统计数据（见表1）可在一定程度上提供关于有机光电功能材料领域研究体量的统计学意义参考。中国该领域的论文数量在2010－2014 年和2015－2019年两个5 年期的世界排名保持不变，位居首位；从表征学术影响力的被引频次来看，中国排名进步了 1 个位次，位居前列；中国的高被引论文数量前后两个5年期相比进步较快，从56篇增加至219篇，世界排名相应地从第2位进步到第1位。

近年来，在中国有机光电领域的研究人员的不懈努力下，也取得了若干重要甚至引领性的成果，在材料和相关器件领域培养了一大批优秀的科研人才。在新兴的发光机制及其材料领域：2012年，清华大学段炼、张东东等提出了热活化敏化发光的新型发光机制，这一研究成功地将最新的 TADF 技术和传统荧光染料联合了起来，极大地提升了荧光材料的效率并拓宽了 TADF 材料的应用范围；2020年，苏州大学廖良生、蒋佐权等在分子层面限制了给受体单元间的电荷转移作用，成功地实现了基于空间作用的高效率 TADF 发光材料，为此类发光材料的构筑提供了新的分子范式；2012年，华南理工大学马於光院士等提出“热激子”机理及杂化电荷转移态（HLCT）材料结构设计原理，对新一代廉价有机发光材料的设计提出新的思路；2016年，南京工业大学黄维院士、王建浦等利用溶液自组装方法制备了多量子阱结构的钙钛矿发光材料，有效克服了常温下二维钙钛矿激子易猝灭的缺点，实现了当时最高效率的窄谱绿光和近红外光钙钛矿 LED；2021年，深圳大学杨楚罗等依据多重共振的有机分子模型，设计并报道了具有 40% 外量子效率的窄谱有机电致发光器件。在室温磷光材料研究方面：华东理工大学田禾院士、马骧等提出了一种基于引入微量“三线态陷阱”添加组分作为缺陷促进其引起的电荷再结合的机理，通过能级匹配的双组分掺杂实现高效长余辉室温磷光的新策略；武汉大学李振等揭示了有机分子的力致磷光现象，并以此实现了发光强度对压力的线性响应；南京工业大学黄维院士、安众福等构筑了具有分子态高效室温磷光的有机离子晶体材料，实现高效率、长寿命的蓝色室温磷光；清华大学帅志刚等通过结合分子动力学，量子力学和分子力学并进行激发态动力学计算的计算研究，揭示了聚集诱导的 RTP 的机理，并提出了一个孤对电子的 n 基团和一个 π 基团组成的分子模型，得到了多个实验验证。在有机光伏领域：我国学者的成绩斐然，特别是非富勒烯受体的研究占据了国际有机光伏研究的主导地位，并一直引领着该研究方向。2015年，北京大学占肖卫等报道了一种窄带隙有机小分子受体 ITIC，使得聚合物光伏器件的能量转换效率迅速提升至 11%，首次超过基于传统富勒烯受体的效率；南开大学陈永胜等设计和制备的具有高效、宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池材料和器件，实现了17.3% 的光电转化效率；2019年，湖南大学邹应萍等合成了一种具有 A-DAD-A 结构的受体分子 Y6，使得单节光伏器件的效率突破 15% 大关，引起了国内外研究人员广泛关注；北京航空航天大学孙艳明等利用传统的支化侧链取代策略，优化了 Y6 型受体分子的分子堆积，构建了多尺度共混薄膜形貌，制备出了效率高达 18.32% 的单结光伏器件；浙江大学陈红征、李昌治等利用分子内非共价键作用构筑的类似于全稠环体系的平面型小分子受体，大大降低了材料制作难度与成本，并同时获得 17% 的转换效率。在场效应共轭功能分子领域：天津大学胡文平等采用一步法合成了新型介观聚合物，其比对应的聚合物具有更宽的带隙和更深的 LUMO 能级，电子传输能力也大大提升，显示出明显的 n- 型与双极性性能；北京大学裴坚等发展的n-型有机高分子明星骨架 BDOPV 体系在有机场效应晶体管和热电器件中展示了优异的性能；同时，他们还发展新型的n-型掺杂剂；中国科学院化学研究所刘云圻院士等利用有机半导体材料的柔性优势，在塑料基底上制备了可弯曲的柔性双极晶体管；南方科技大学郭旭岗等报道了一种具有普适性的、基于过渡金属催化的高效有机半导体n-型掺杂技术，将催化掺杂方法应用在n-型有机热电器件、n-型有机薄膜晶体管和钙钛矿太阳能电池中，实现了器件性能的显著提升。在有机自由基研究领域：吉林大学李峰等揭示了双线态激子可以绕开跃迁过程中的自旋禁阻问题，从而开发出具有近红外发光特性的稳定自由基。在单分子器件领域：北京大学郭雪峰等利用二芳烯分子的光照下结构的可逆变化，发展了制备稳定单分子器件的突破性方法，构建了国际首例稳定可控的单分子电子开关器件。在有机碳材料领域：中国科学院化学研究所李玉良院士等在2010年开发的碳新同素异形体——石墨炔的基础上，进一步拓展了该类有机碳材料的研究内涵，将其成功应用于钙钛矿电池、光探测器、储能、催化等交叉领域。

我国的有机光电功能材料研究始于 20 世纪 70 年代末，基本与国际同步。在钱人元、王佛松、沈家骢、沈之荃、朱道本、曹镛等前辈科学家的领导下，我国学者在此领域的研究覆盖了发光、光伏、场效应晶体管等光电子材料和器件的重要方向，取得了一批有重要影响的成果，为未来该领域的发展奠定了很好的研究基础。近年来，我国学者持续在该领域保持活跃，国际影响力得到极大提升。

展望未来，有机光电功能材料学科依然面临诸多挑战和发展机遇。在发光材料领域，虽然中国的 OLED 面板产能在不断提高，发展势头越发强劲，但与在 OLED 领域布局已久的韩国相比仍然存在较大差距，其中最为关键的一环是拥有自主研发专利的有机发光材料的缺失。在技术层面，高效稳定的蓝光材料依然是学界和产业界的核心难点问题，目前清华大学开发的热活化延迟荧光敏化技术、华南理工大学的热激子发光机制都将目标对准高效蓝光分子，苏州大学提出的限域电荷转移体系具有分子新意，在一定程度可以破解国外 TADF 材料的专利封锁，但是材料的寿命依然还需要提高。其他研究领域则应该更多地关注实际应用，让光电高分子造福人类，为我国的经济和社会发展做出贡献。比如，有机场效应晶体管的研究除了要解决分子和材料稳定性以及核心迁移率问题之外，还要关注如何将有机材料巨量转移形成电路实现产业化。有机热电的研究刚刚兴起，其分子构筑可大量借鉴以往的有机场效应晶体管活性材料的研发经验，但是热电高分子材料的分子结构、能级结构和微观聚集态与热电性能之间关系的系统性研究仍需加强。有机室温磷光体系是如今的热门方向，目前分子设计原则仍然不是特别清晰，其性能严重依赖聚集态结构，但从小分子直接预测聚集态依然有难度，只能从晶体结构反推寻求规律，其应用场景还需要进一步思考，并需要找到有机材料超越无机材料的“杀手级”应用。基于薄膜的室温磷光需要更加引起重视，其应用范围比晶态材料更有优势。2020年，有新加坡学者指出咔唑分子的异构体杂质才是其衍生物形成室温磷光的主因，这无疑对该领域相关材料的纯度提出更高的要求。此外，如何能构筑无重金属的电致磷光材料也得到了一定的关注，吉林大学报道一类具有电致磷光性质的萘衍生物，但是其普适性还需要得到扩展，分子规律还需要进一步理解。有机自由基可以在磁性材料中得到应用，但目前还仅限于理论，没有非常实际的器件。自由基稳定性也是一个永恒的问题，虽然其可以实现电致发光，但器件稳定性和效率滚降依然较大，而且分子体系较为局限，需投入更多研究。在有机光伏材料方面，在设计和合成新型高效光伏高分子、小分子材料的同时，应加强高性能光伏材料的合成方法研究，降低合成成本，开展柔性光伏器件的大面积制备技术和器件稳定性研究，争取率先在我国实现聚合物太阳电池的商业化应用。有机单分子器件研究则需要拓展研究方向，把基础研究往实用化靠拢。有机碳材料则是要继续发挥石墨炔的优势，但也需要认识到其导电性、透光率还比不上石墨烯，特别是目前大批量、低成本制备石墨炔的方法还急需改进。最后， 我们也需要关注有机光电和生物的交叉，将生物复合共轭分子材料用于临床重大疾病的诊断与治疗、参与相关的生命化学过程以及细胞水平的生物大分子识别等。