Dalla sua nascita in laboratorio, La tecnologia dei diodi organici a emissione di luce (OLED) si è sviluppata in un settore che vale decine di miliardi di dollari negli ultimi tre decenni. Nelle applicazioni industriali, i materiali fosforescenti con efficienza di utilizzo degli eccitoni (EUE) del 100% sono stati in grado di soddisfare le esigenze degli OLED rossi e verdi a tre primari per la visualizzazione. Però, la lunga vita allo stato eccitato (di solito> 1 μs) e alta energia degli stati eccitati (> 2,8 eV) rendono l'OLED fosforescente blu poco stabile. Perciò, i materiali a emissione di luce blu attualmente utilizzati sono ancora materiali fluorescenti con un basso EUE ma una vita allo stato eccitato breve di nanosecondi.

I tradizionali complessi di terre rare di transizione f-f hanno i vantaggi del 100% EUE e delle emissioni rosse e verdi altamente pure, quindi sono stati applicati alla ricerca OLED anche prima dei materiali fosforescenti. Però, la durata intrinseca dello stato eccitato in millisecondi della transizione f-f limita il miglioramento delle prestazioni del dispositivo, facendo progressi lenti nell'elettroluminescenza del complesso delle terre rare per molti anni.

Recentemente, un team di ricerca dell'Università di Pechino ha ottenuto OLED blu cielo altamente efficienti introducendo un complesso di cerio(III) di terre rare di transizione d-f con una durata di nanosecondo allo stato eccitato. Gli autori hanno dimostrato che è possibile ottenere il 100% di EUE negli OLED a base di complessi di cerio(III). Più importante, la stabilità del dispositivo di Ce-2 è notevolmente migliorata rispetto a quella del tradizionale complesso di iridio (III) con un colore di emissione simile.

Diverso da altri ioni trivalenti di terre rare, il singolo elettrone nello ione Ce(III) può produrre una transizione 4f-5d consentita dallo spin e dalla parità, e la durata dello stato eccitato è solo di decine di nanosecondi. Però, a causa dell'effetto di spegnimento di ligandi e piccole molecole nell'ambiente, la maggior parte dei complessi di Ce(III) non sono emissivi. Il ligando di Ce-2 ha capacità di coordinazione multidentata e una struttura relativamente rigida, che può proteggere efficacemente lo ione Ce(III) centrale. Perciò, l'efficienza di emissione di Ce-2 nel film drogato è del 95%, e la durata dello stato eccitato è misurata come 52 ns.

interessante, L'OLED basato su Ce-2 mostra un'efficienza quantica esterna massima del 20,8%. Sulla base di questo risultato, si può dedurre che l'EUE del dispositivo è prossimo al 100%. Soprattutto, L'OLED basato sul complesso Ce(III) ha mostrato un roll-off più piccolo, luminanza massima più elevata, e una maggiore durata operativa di ~70 volte, rispetto a un OLED basato sul complesso Ir(III) con un colore di emissione simile. Lo studio dell'elettroluminescenza transitoria mostra che la durata dello stato eccitato del Ce-2 in OLED è solo 1/16 di quella del complesso Ir(III) nel dispositivo. È la ragione principale per il miglioramento delle prestazioni del dispositivo. Poiché i complessi Ce(III) hanno sia il 100% di EUE che la durata della luminescenza di nanosecondi, tali emettitori promettono di fabbricare OLED blu con elevata efficienza e stabilità. Oltretutto, considerando che i complessi di Ce(III) hanno spettri di emissione regolabili e costi inferiori, si prevede che tali materiali diventeranno una nuova generazione di emettitori per ottenere display e illuminazione OLED a colori.