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 有機發(fā)光二極管（OLEDs）具有全固態(tài)、主動發(fā)光、高對比度、低功耗、寬視角、響應速度快和易于實現(xiàn)柔性等優(yōu)點，被認為是最有前景的新型顯示和照明技術之一。傳統(tǒng)稀土配合物OLEDs是利用中心三價稀土離子f-f躍遷的特性，從而實現(xiàn)高色純度、高效率發(fā)光。然而，相比于金屬磷光配合物（如Ir(III)配合物）和熱激活延遲熒光（TADF）材料在這一領域的迅猛發(fā)展，稀土配合物OLEDs的發(fā)展相對緩慢且落后。其根本原因在于這一類配合物往往熱穩(wěn)定性較差，不利于真空熱蒸鍍法制備器件。此外，f-f禁阻躍遷導致配合物具有較長的本征激發(fā)態(tài)壽命（ms量級），使得器件在高亮度下效率衰減明顯。這些因素嚴重限制了稀土配合物發(fā)光材料在OLEDs領域的研究和應用。

北京大學化學與分子工程學院黃春輝課題組劉志偉副教授等另辟蹊徑，提出并證明了具有d-f允許躍遷特性的稀土Eu(II)配合物可以通過合理的分子結構設計實現(xiàn)高空氣/熱穩(wěn)定性和高發(fā)光效率，以及這類材料應用于OLEDs時具有接近100%的激子利用率和高亮度下較低的效率衰減。

圖1 稀土Eu(II)配合物Eu-1和Eu-2的化學結構式、紫外燈下的發(fā)光照片，以及主要光物理性能參數(shù)。 

在這項工作中，作者設計并合成了兩種Eu(II)配合物Eu-1和Eu-2（圖1）。在365 nm紫外光的激發(fā)下，它們分別發(fā)射出明亮的天藍色光和橙紅光。單晶數(shù)據(jù)表明，Eu-1中的三氟甲基環(huán)繞在Eu2+離子周圍，使得Eu2+離子被配體更完全地包覆。因此，Eu-1在空氣中的穩(wěn)定性遠超出一般Eu(II)配合物，如Eu-1的結晶粉末在空氣中放置2200 h后仍保持高達91%的光致發(fā)光量子產率（PLQY），而在相同的測試條件下，Eu-2的結晶粉末在空氣中放置10 h即觀察不到發(fā)光。

進一步地，作者制作并優(yōu)化了以Eu-1和Eu-2為發(fā)光材料的OLEDs，發(fā)現(xiàn)以Eu-2為發(fā)光材料的器件的最大外量子效率（EQE）和亮度分別為6.5%和30620 cd·m-2?？紤]到Eu-2的PLQY僅為32%，器件的最大EQE已經(jīng)接近理論上限，即證明了Eu(II)配合物應用于OLEDs時具有高達100%的激子利用率。

 總結起來，作者設計合成的這一類基于d-f躍遷發(fā)光Eu(II)配合物可以具有高PLQY和良好的空氣穩(wěn)定性，也可以在OLEDs中實現(xiàn)100%的激子利用率和較低的效率滾降。這表明基于d-f躍遷的稀土配合物作為發(fā)光材料在OLEDs領域具有巨大的研究價值和廣闊的應用前景，也為稀土配合物發(fā)光材料在OLEDs領域的應用提供了新思路。

 以上研究成果近日發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition，北京大學化學與分子工程學院博士研究生戰(zhàn)鴿、王李玎和博士后趙子豐為共同第一作者，劉志偉副教授為通訊作者。該工作受到國家重點研發(fā)計劃和北京市自然科學基金的贊助。

論文鏈接為：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202008423