北大研究人员：高效和空气稳定的Eu2 含氮氧化物OLED

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https://doi.org/10.1038/s41467-020-19027-x

镧系元素（Ln）中5d-4f跃迁的发光机理及其在各个领域的潜在应用研究已有几十年的历史。对于已经建立的镧系离子的发光，在环境条件下可以观察到f-f跃迁，而5d-4f跃迁通常由于热猝灭而发现的较少。在二价镧系元素体系中，5d-4f跃迁因其自旋允许性质和5d轨道的稳定性而更为突出。在所有的Ln2 离子中，Eu2 离子表现出较强的5d-4f跃迁，有两个原因：（1）5d能级接近或低于6p7/2，降低了多光子弛豫；（2）Eu3 /Eu2 的还原电位不太负。Eu2 离子发光性质的研究大致可分为两类：无机基质中的Eu2 掺杂剂和分子Eu2 配合物。第一种方法已被广泛研究，而第二种方法在许多方面尚待探索。以环戊烯基、吡唑啉硼酸酯、硅酰胺及其衍生物为配体，研究了Eu2 配合物的物理化学性质。近年来，Allen等人报道了一系列含Eu2 的氮杂环化合物，它们以其诱人的发光性能、光催化性能和磁共振成像等引起了人们越来越多的兴趣。

5d-4f发光机理的独特性使Eu2 配合物在高性能有机电致发光二极管（oled）中具有巨大的潜力，这项技术已成功地在尖端显示器上商业化，并正在固态照明中发展。为了达到100%的理论激子利用率（EUE），这是提高能量效率的关键参数，磷光、热激活延迟荧光和有机自由基材料相继被发现并应用于oled中。与传统的f–f跃迁和目前使用的其他发射体相比，二价铕化合物具有以下显著的优点：（i）衰变寿命短：f–f跃迁是自旋禁止的，寿命长达毫秒，极大地限制了它们的最大亮度，虽然5d–4f跃迁是自旋允许的，其典型寿命为纳秒级，这显著降低了激发态猝灭，以达到更高的亮度和更低的衰减效率，（ii）高EUE:Eu2 离子表现出从4f65d1到4f7的开壳层电子的独特跃迁，理论上可以获得100%的激子能量，（iii）通过改变配位环境容易调谐的发射。因此，作者认为以Eu2 配合物为代表的5d-4f过渡材料将是下一个未开发但有前途的OLED发射场。（文：爱新觉罗星）

图1四种Eu2 配合物的晶体结构。（a）EuBr2-N4、（b）EuI2-N4、（c）EuBr2-N8和（d）Eu2-N8晶体结构的ORTEP图。

图2固体和溶液中Eux2–N化合物的光物理性质。A发射和（b）固体EuX 2–N N（X=Br，I，N=4,8）的衰变光谱。c Ex、Em和（d） EuX2-N8在甲醇溶液（1.5mM）中的衰减光谱。（e）EuI2-N8的发射光谱（f）EuI2-N8晶体的衰变光谱。

图3 EuX2-N化合物的热性质和掩埋体积计算。

图4 Eux2-N8化合物的器件结构和电致发光特性。