北京大学研究者将稀土铈(III)配合物Ce-2引入OLED，实现了高效、稳定的天蓝色发光。以Ce-2为代表的铈(III)配合物有望成为新一代发光材料，实现高效稳定的OLED全色显示与照明。
2014年，三位科学家因“发明高亮度蓝色LED”而获得诺贝尔物理学奖。而在近三十年来快速发展的OLED（有机发光二极管，Organic light-emitting diode）领域，高效稳定的蓝光同样是三基色中最难获得的一种。
除磷光材料外，稀土配合物同样可以实现100%激子利用率。但是，传统稀土配合物材料多利用f-f跃迁发光，而f-f跃迁的本征激发态寿命为毫秒级，限制了器件性能的提升。
最近，北京大学研究团队将具有纳秒级短激发态寿命的d-f跃迁稀土铈(III)配合物Ce-2引入OLED，实现了高效天蓝色发光。此类配合物可以实现100%的激子利用率。更重要的是，相较于发光颜色相近的传统铱(III)配合物磷光器件，基于Ce-2器件的工作稳定性也大幅提高。
Ce-2配合物的合成路线和分子结构
与其他三价稀土离子不同，铈(III)离子中的4f1电子可以产生4f-5d跃迁，其激发态寿命只有数十纳秒，发光波长一般处于近紫外到可见光区域，在无机荧光粉中应用广泛。但是，由于配体和环境中小分子的淬灭作用，大部分铈(III)配合物都不发光。作者使用的吡唑硼类配体具有多齿的配位能力和较为刚性的结构，可以对中心铈(III)离子进行有效的保护。因此，Ce-2在掺杂薄膜中发光效率达95%，激发态寿命为52 ns。
基于Ce-2的OLED器件表现出了高达20.8%最大外量子效率。据此可以推测器件中激子利用率接近100%。与发光颜色类似的铱(III)配合物器件相比，铈(III)配合物器件的效率滚降更小，器件最大亮度增加，工作稳定性提升了约70倍。瞬态电致发光表征表明，Ce-2器件的激发态寿命只有铱(III)配合物器件的1/16。作者认为这是器件性能提升的主要原因。
鉴于铈(III)配合物同时具备100%的激子利用效率和纳秒级的发光寿命，此类材料有希望制备兼具高效和稳定优点的蓝光OLED。此外，考虑到铈(III)配合物具备可调的发光光谱和较低的原料成本，此类材料有望成为新一代发光材料实现OLED全色显示和照明。
上述成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），北京大学刘志伟副教授为通讯作者。北京大学博士后赵子丰、博士生王李玎为共同第一作者。该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。
文章信息：[点击下方链接可阅读原文]
Efficient rare earth cerium(III) complex with nanosecond d-f emission for blue organic light-emitting diodes
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa193
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