In questo lavoro, gli autori hanno dimostrato un'elevata efficienza quantica esterna (EQE) in diodi organici a emissione di luce (OLED) di colore blu profondo basati su un nuovo complesso di cerio (III) Ce-1 come emettitore, che può raggiungere il 100% di efficienza di utilizzo degli eccitoni (EUE). Insieme alla sua breve durata allo stato eccitato, spettro di emissione regolabile, e a basso costo, cerium(III) complex ha il potenziale per sviluppare OLED deep-blue con alta efficienza e stabilità a lungo termine, e anche di espandersi nel campo degli OLED a colori.

Rispetto alle tradizionali tecnologie di visualizzazione, I diodi organici a emissione di luce (OLED) hanno molti vantaggi, come contrasto elevato, colorato, ampio angolo di visione, peso leggero, flessibilità, e così via. Fino ad ora, Gli OLED sono stati commercializzati con successo nel mercato dei display di nicchia e sono ora oggetto di un'intensa ricerca per altre applicazioni, come l'illuminazione a stato solido.

Negli ultimi tre decenni, fluorescenza, fosforescenza, fluorescenza ritardata attivata termicamente (TADF), e materiali radicali organici sono stati successivamente applicati come emettitori a causa della ricerca di alta efficienza, stabilità a lungo termine, e OLED a basso costo. Come nuovo tipo di emettitore negli OLED, i complessi di cerio(III) hanno molti potenziali vantaggi. Primo, gli autori propongono che l'efficienza di utilizzo degli eccitoni teorica (EUE) potrebbe raggiungere il 100% poiché il complesso cerio(III) mostra una transizione doppietta 5d-4f dal singolo elettrone del centro degli ioni cerio(III) (configurazione 4f1) piuttosto che una transizione singoletto e/o tripletta, che non sarà limitato dalle statistiche di spin.

Secondo, i complessi di cerio(III) dovrebbero essere più stabili negli OLED poiché la loro vita allo stato eccitato è generalmente di decine di nanosecondi. Terzo, i complessi di cerio (III) sono emettitori blu o ultravioletti intrinseci, come dimostrato in letteratura, sebbene i loro colori di emissione potrebbero essere teoricamente influenzati dal campo del ligando. Inoltre, i complessi di cerio(III) sono poco costosi perché l'abbondanza di cerio nella crosta terrestre è dello 0,006% in peso, che è quattro ordini di grandezza superiore a quello dell'iridio (0,000001 % in peso) e anche leggermente superiore a quello del rame (0,005 % in peso). Quindi, il complesso del cerio (III) ha il potenziale per sviluppare OLED blu intenso ad alta efficienza, stabilità a lungo termine, e basso costo.

Però, la maggior parte dei complessi di cerio (III) segnalati sono non emissivi perché i ligandi classici e le molecole di solvente si trovano a spegnere la luminescenza dello ione cerio (III) in seguito alla coordinazione. Quindi, gli studi di elettroluminescenza sui complessi di cerio(III) sono molto rari, e i loro vantaggi non sono stati dimostrati. Ad oggi, ci sono solo tre esempi di studio dell'elettroluminescenza dei complessi di cerio(III) in letteratura. Tra questi esempi, la massima efficienza quantica esterna (EQE) del miglior risultato è inferiore all'1%. Come una svolta, gli autori riportano un nuovo e neutro complesso di cerio (III) Ce-1 con ligandi rigidi di scorpionato che mostra un'elevata resa quantica di fotoluminescenza (PLQY) fino al 93% nel film drogato e di conseguenza un'elevata EQE media del 12,4% nei prototipi OLED.

Il complesso Ce-1 è stato sintetizzato agitando potassio hydrotris(3, 5-dimetilpirazolil)borato (KTpMe ₂ ) con Ce(CF ₃ COSÌ ₃ ) ₃ in tetraidrofurano (THF), accompagnato da idrolisi a causa di una traccia di acqua nel solvente. Attraverso la coordinazione chelante dei due ligandi rigidi multidentati, lo ione centrale cerio(III) è efficacemente protetto dall'influenza dell'estinzione ambientale. La polvere di Ce-1 emette luce blu intenso, e lo spettro mostra la tipica emissione a doppio picco di ioni cerio(III) con una durata di 42 nanosecondi allo stato eccitato. Il PLQY della sua polvere raggiunge l'82%.

Per quanto riguarda la proprietà di elettroluminescenza di Ce-1, questo articolo utilizza innanzitutto il BCPO bipolare come materiale ospite. Attraverso il test del PLQY e del rapporto di orientamento dello strato emettitore (BCPO:Ce-1), e l'EQE del dispositivo, si deduce che l'EUE di Ce-1 nel dispositivo raggiunge il 100%. Successivamente, questo articolo utilizza TSPO1:CzSi come materiale ospite per aumentare notevolmente il PLQY del film drogato al 93%, e infine l'EQE massimo del dispositivo ottimizzato raggiunge il 14% con la luminosità massima di 1008 cd m ^-2 . Le coordinate della Commission Internationale de L'Eclairage (CIE) di questo dispositivo sono (0.146, 0,078).

In questo documento, vengono inoltre studiati i meccanismi della fotoluminescenza e dell'elettroluminescenza. Primo, la spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) della polvere di Ce-1 ha confermato che Ce-1 è paramagnetico. I calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT) mostrano anche che il donatore e l'accettore per la prima transizione consentita dalla simmetria sono stati riconosciuti come orbitali 4f e 5d dello ione cerio centrale (III). La vita allo stato eccitato di decine di nanosecondi e il picco di doppia emissione con una differenza di energia di ~2000 cm ^-1 indicano anche che la luce blu scuro proviene dalla transizione doppietta 5d-4f dello ione cerio(III). Confrontando lo spettro di elettroluminescenza del dispositivo con lo spettro di fotoluminescenza del corrispondente film drogato, e lo spettro di elettroluminescenza transitoria, si deduce che la ricombinazione dei portatori avviene sul complesso Ce-1 invece che sul materiale ospite. Sulla base di un'ulteriore analisi della tensione di accensione del dispositivo e del bandgap tra il ligando e lo ione centrale, questo articolo conclude che gli ioni cerio(III) possono catturare direttamente elettroni/lacune per formare eccitoni doppietti ed emettere luce blu intenso.