电致发光（Electroluminescence, EL）现象一直备受关注。与已经得到深入研究的有机和无机材料相比，最近涌现出的团簇电致发光材料兼具二者的优点，即高发光效率和稳定性，有望开发出低成本、高性能的团簇发光二极管（Cluster Light-Emitting Devices, CLED），其中团簇被用作发光层中的客体材料。与光致发光过程不同，单重态和三重态电生激子的统计比为1:3。因此，实现高量子效率的关键问题是如何有效利用占75%的三重态激子。在这方面，团簇具有明显优势。因为团簇的激发态既包括有机配体围绕的组分，也包括无机团簇核心的组分，所以可以同时以热激活延迟荧光（Thermally  Activated Delayed Fluorescence, TADF）和磷光两种模式利用三重态激子。

黑龙江大学许辉教授领导的膦基光电功能材料课题组在前期的工作中已经证明了簇核围绕的三重态（Cluster-centered Triplet States, ³CC）为非辐射猝灭态，而在双齿膦配体中引入电子给体可以显著压缩Cu₄I₄核以减少³CC组分。同时，增强反向系间窜越（Reverse Intersystem Crossing, RISC）或三重态辐射是减少³CC组分的必要条件。前者可以有效地降低包括³CC组分在内的三重态整体密度，产生发光效率高的单重态。据此，该课题组通过引入吖啶给体修饰，构建具有推拉电子作用的配体以进一步增强Cu₄I₄簇的RISC，促进三重态到单重态的转化。同时，使用具有TADF特性的主体，提供外部RISC通道，从而形成TADF主体和团簇在RISC过程中的协同和互补作用，实现了100%的三重态转换效率和单重态激子利用率，使单重态辐射速率常数增加了100倍，三重态非辐射速率常数减少了10倍，从而获得了99%的光致发光量子产率和创纪录的29.4%的器件外量子效率。

通过比较在具有TADF特性的CzAcSF和常规BCPO两种主体中，团簇[DDMACDBFDP]₂Cu₄I₄的时间衰减曲线，发现：与纯的团簇薄膜相比，以BCPO为主体的薄膜具有较长的延迟荧光（Delayed Fluorescence, DF）寿命，但瞬时荧光（Prompt Fluorescence, PF）寿命基本不变。与之相反，以CzACSF为主体的薄膜具有双指数的PF衰减曲线，分别对应于主体到团簇的单重态能量转移引起的短寿命PF组分和直接激发团簇的长寿命PF组分。因此，BCPO主体的主要功能为抑制三重态猝灭。除此之外，CzAcSF通过其提供的外部RISC过程，明显加速了单重态辐射。这些进一步证明了CzAcSF和[DDMACDBFDP]₂Cu₄I₄在RISC过程中的协同和互补作用，有效地缓解了³CC猝灭，实现了100%的三重态激子利用率。

另外，该课题组开发了一种变温稳态和瞬态电致发光光谱技术来研究电致发光激子动力学过程。CLED器件被放置在高真空室（10^-4 pa）中，以排除氧气、水分和温度波动的干扰。由于器件中载流子迁移和复合的时间尺度为微秒，因此，与PL衰变不同，EL寿命显著延长。尽管如此，与PL结果相同，以CzAcSF为主体的CLED器件发光衰减为微秒尺度，明显短于以BCPO主体的器件的毫秒尺度衰减，从而证明了CzAcSF在器件中的主要作用是加速激子转化和辐射发光。

这项工作证明了一种利用TADF主体和团簇发光体的协同作用开发高效CLED的可行方案，即通过具有良好TADF特性的主体和团簇之间的协同效应实现100%单重态激子转化、汇聚和利用。同时，从主客体两个方面最大限度限制³CC组分，有效抑制了三重态猝灭。~30%的最大外量子效率和100%的激子利用效率证明CLED有潜力成为新一代EL器件。这些结果也表明，具有特定结构、优异稳定性和可调性质的团簇材料在通常使用有机分子、量子点和钙钛矿的光电领域中具有出色的发展潜力。