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黄春辉课题组利用稀土铈(III)配合物在蓝光OLED研究中取得突破

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自诞生以来,有机发光二极管(Organic light-emitting diode, OLED)在三十年间已经发展成为一个价值数百亿美元的产业。实际应用中,具有100%激子利用率的高效磷光材料已经能够满足三基色红光和绿光器件的需求,但是较长的激发态寿命(通常长于1微秒)较高的激发态能量使得基于蓝色磷光材料的器件稳定性不佳。因此,目前产业中使用的蓝色发光材料仍是激子利用率较低激发态寿命较短(纳秒)的荧光材料。

传统f-f跃迁稀土配合物兼具100%激子利用率和实现高色纯度红光绿光优点是一类比磷光材料更早应用于OLED研究的发光材料然而,f-f跃迁本征毫秒级的激发态寿命限制器件性能提升,使得多年来稀土配合物电致发光研究领域的进展非常缓慢。

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 1. 配合物Ce-1Ce-2的分子结构和发光颜色

最近,威尼斯平台登录黄春辉课题组合成了两种具有纳秒级激发态寿命的d-f跃迁稀土铈(III)配合物Ce-1Ce-2(图1紫外激发下分别发射深蓝色和天蓝色,光致发光量子产率均超过90%经过优化两种材料OLED实现了高效蓝色发光首次证明(III)配合物OLED具有100%的激子利用率。此外,相较于发光颜色相近的传统的磷光(III)配合物器件,基于(III)配合物器件的工作稳定性提高70

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2. (III)配合物电致发光机理

作者认为,器件中的配合物可以通过具有单电子的(III)离子直接俘获电子和空穴,形成二重态激子并辐射发光(图2,从而绕过传统闭壳层发光材料中自旋统计限制,实现高激子利用率的目标,而自旋宇称允许的d-f跃迁所伴随短激发态寿命则是器件稳定性提高的根源

考虑到(III)配合物具有可调的发射光谱d轨道受配体场影响显著低的原料成本(铈在地壳中的含量是铱的60000高于铜),此类发光材料不仅有希望解决实际应用中高效蓝光OLED存在的难题,同时还有潜力成为新一代发光材料应用于OLED全色显示和照明。这些工作对于实现我国稀土资源高价值利用,发展具有自主知识产权的OLED发光材料具有重大意义。

上述深蓝光OLED工作以“Deep-blue organic light-emitting diodes based on a doublet d–f transition cerium(III) complex with 100% exciton utilization efficiency 为题发表在Light: Science & Applications杂志。天蓝光OLED工作以 Efficient rare earth cerium(III) complex with nanosecond d-f emission for blue organic light-emitting diodes为题发表National Science Review杂志两篇论文均以威尼斯平台登录博士赵子丰博士研究生王李玎为共同第一作者威尼斯平台登录刘志伟副教授为通讯作者。相关工作已经申请专利“基于d-f跃迁的电致发光材料及器件”并获得授权(专利号:201910407555.0)。上述研究受到国家重点研发计划、北京市自然科学基金、中国博士后基金的资助。

文章链接:

https://www.nature.com/articles/s41377-020-00395-4

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa193/5898678

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