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。

北京大学化学与分子工程学院黄春辉课题组刘志伟副教授等另辟蹊径，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，以及主要光物理性能参数。 

在这项工作中，作者设计并合成了两种Eu(II)配合物Eu-1和Eu-2（图1）。在365 nm紫外光的激发下，它们分别发射出明亮的天蓝色光和橙红光。单晶数据表明，Eu-1中的三氟甲基环绕在Eu2+离子周围，使得Eu2+离子被配体更完全地包覆。因此，Eu-1在空气中的稳定性远超出一般Eu(II)配合物，如Eu-1的结晶粉末在空气中放置2200 h后仍保持高达91%的光致发光量子产率（PLQY），而在相同的测试条件下，Eu-2的结晶粉末在空气中放置10 h即观察不到发光。

进一步地，作者制作并优化了以Eu-1和Eu-2为发光材料的OLEDs，发现以Eu-2为发光材料的器件的最大外量子效率（EQE）和亮度分别为6.5%和30620 cd·m-2。考虑到Eu-2的PLQY仅为32%，器件的最大EQE已经接近理论上限，即证明了Eu(II)配合物应用于OLEDs时具有高达100%的激子利用率。

 总结起来，作者设计合成的这一类基于d-f跃迁发光Eu(II)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，也为稀土配合物发光材料在OLEDs领域的应用提供了新思路。

 以上研究成果近日发表于Angewandte Chemie International Edition，北京大学化学与分子工程学院博士研究生战鸽、王李玎和博士后赵子丰为共同第一作者，刘志伟副教授为通讯作者。该工作受到国家重点研发计划和北京市自然科学基金的赞助。

论文链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202008423