有机发光二极管（OLEDs）具有全固态、主动发光、高对比度、低功耗、宽视角、响应速度快和易于实现柔性等优点，被认为是最有前景的新型显示和照明技术之一。传统稀土配合物OLEDs是利用中心三价稀土离子f-f跃迁的特性，从而实现高色纯度、高效率发光。然而，相比于金属磷光配合物（如Ir(III)配合物）和热激活延迟荧光（TADF）材料在这一领域的迅猛发展，稀土配合物OLEDs的发展相对缓慢且落后。其根本原因在于这一类配合物往往热稳定性较差，不利于真空热蒸镀法制备器件。此外，f-f禁阻跃迁导致配合物具有较长的本征激发态寿命（ms量级），使得器件在高亮度下效率衰减明显。这些因素严重限制了稀土配合物发光材料在OLEDs领域的研究和应用。
近日，本课题组另辟蹊径，提出并证明了具有d-f允许跃迁特性的稀土Eu(II)配合物可以通过合理的分子结构设计实现高空气/热稳定性和高发光效率，以及这类材料应用于OLEDs时具有接近100%的激子利用率和高亮度下较低的效率衰减。
图1 稀土Eu(II)配合物Eu-1和Eu-2的化学结构式、紫外灯下的发光照片，以及光致发光光谱
在这项工作中，作者首先设计合成了两种Eu(II)配合物Eu-1和Eu-2。在紫外灯的激发下它们分别发射出明亮的天蓝色光和橙色光。单晶数据表明Eu-1中的三氟甲基环绕在亚铕离子周围，氟原子对亚铕离子产生配位作用。Eu-1中的亚铕离子被配体更完全地覆盖，可以有效地阻碍空气中的氧气将其氧化。因此Eu-1在空气中的稳定性远超出一般亚铕配合物。Eu-1的结晶粉末可以在空气中放置2200 h后仍保持91%的量子产率（PLQY），Eu-1纯薄膜在空气中放置2400 h后PLQY从初始值71%衰减到58%，对比Eu-2的结晶粉末在空气中放置10 h即观察不到发光，而Eu-2的纯薄膜在接触空气后立即被氧化。
图2 配合物Eu-1和Eu-2的分子模拟优化结构
进一步地，作者优化并制作了以Eu-1和Eu-2为发光材料的OLEDs，得到了最大外量子效率（EQE）分别为0.75%和6.5%，最大亮度分别为23 cd·m-2和30620 cd·m-2的器件。Eu-1器件表现较差的原因归结于该器件具有非常低的电流密度。Eu-2器件具有低的效率滚降，得益于亚铕配合物d-f跃迁所具有的短激发态寿命。考虑到Eu-2的PLQY仅有32%，因此器件所表现出来的6.5%最大EQE已经接近理论上限，即证明了亚铕配合物作为OLEDs的发光材料可以实现近100%的激子利用率。
图3 配合物Eu-1和Eu-2分别制备的OLED结构示意图及电致发光数据表现
总结起来，作者设计合成的这一类基于d-f跃迁亚铕配合物可以具有高PLQY和良好的空气稳定性，也可以在OLEDs中实现100%的激子利用率和较低的效率滚降。这表明基于d-f跃迁的稀土配合物作为发光材料在OLEDs领域具有巨大的研究价值和广阔的应用前景，使稀土材料在OLED领域中的应用焕发了又一春。
恭喜战鸽同学、王李玎同学和赵子丰博士！
