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北大研究人员:高效和空气稳定的Eu2+含氮氧化物OLED

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-17   来源:材料科学与工程  浏览次数:308
二价Eu的5d-4f跃迁引起了人们的广泛关注。然而,具有5d-4f跃迁的分子Eu2+配合物被认为在空气下是不稳定的。在这项工作中,北京大学单位的研究人员合成了四种含Eu2+的氮化物EuX-Nn (X=Br, I, n=4, 8),并系统地研究了晶体样品和溶液中的光物理性质。该工作加深了人们对Eu2+分子配合物结构和性能的认识,对有机电致发光器件的进一步应用具有一定的启发意义。相关论文以题目为“Highly efficient and air-stable Eu(II)-containing azacryptates ready for organic light-emitting diode”发表在Nature Communication期刊上。
 
论文链接:
 
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19027-x
北大 1
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)
 
北大 2
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。
 
北大 3
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。
 
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图3 EuX2-N化合物的热性质和掩埋体积计算。
 
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图4 Eux2-N8化合物的器件结构和电致发光特性。
 
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