综述：用于OLED应用的锌基有机金属配合物

《Synthetic Metals》：Zinc based organic metal complexes for OLED applications

本文系统综述了Zn(II)配合物作为荧光型OLED发光材料的研究进展，重点分析了其在蓝、绿、红、黄及白光显示中的应用特性。通过分子设计调控配体结构，Zn(II)配合物展现出优异的热稳定性（>300℃）、低毒性及低成本优势，其发射机制主要依赖配体中心的π→π*跃迁和配体间电荷转移（LLCT），但受限于d1?电子构型无法捕获 triplet激发子，导致内量子效率最高仅25%。尽管如此，通过引入卤素取代基、扩展π共轭体系及优化合成工艺，已实现波长从425nm（蓝）到750nm（红）的全光谱调控。最新进展表明，Zn(II)-Cu(I)杂核体系可突破荧光材料效率瓶颈，在白光OLED中实现6.88% EQE。然而，仍面临效率衰减、色纯度不足及器件稳定性等挑战，未来需结合分子工程与器件优化提升性能。

　　锌基有机金属配合物在下一代有机发光二极管（OLED）应用中展现出巨大潜力，其独特电子结构、环境安全性和成本效益使其成为研究热点。与传统的磷光或热激活延迟荧光（TADF）发射体相比，Zn(II)配合物通过配体中心（LC）和配体间电荷转移（LLCT）跃迁实现发光，无需依赖重金属，这为可持续的光电技术提供了替代材料。这些材料具有理论上的内部量子效率上限为25%的特点，但它们兼容溶液加工、热稳定性好、合成容易、毒性低、生产成本相对较低，使其在可持续的光电技术中极具吸引力。本文系统地探讨了按发射颜色分类的Zn(II)配合物，包括蓝色、绿色、黄色、红色和白色发射体，并重点介绍了影响其光物理特性和设备性能的分子设计策略。我们强调了分子结构、电子行为与OLED功能之间的关系，以指导新型Zn基发射体的合理设计。这些见解为未来研究可持续、高性能OLED材料奠定了基础，突显了Zn(II)配合物作为可扩展、低毒性的光电技术有前景的路径。

OLED技术已经从第一代荧光材料发展到更先进的磷光和TADF发射体，每种材料都有其优势和挑战。磷光和TADF OLEDs虽然能实现高效率，但它们在稳定性、制造成本和颜色纯度方面存在问题。相比之下，Zn基荧光发射体在平衡性能和可持续性方面展现出独特的优势。Zn基发射体利用了地球丰富的锌资源，合成产率通常在50%到90%之间，远高于Ir(III)配合物的10%到25%。尽管它们的当前外部量子效率（EQE）通常低于磷光系统，但最近在电荷转移激发态和配体工程方面的进展已将某些配置的量子产率提升至55%。这使得Zn基发射体在成本敏感的照明和可穿戴电子产品中成为有吸引力的替代材料。

Zn(II)配合物的光物理特性主要由配体的电子结构、共轭长度和取代基效应决定。通过精心设计配体框架，可以实现发射波长和效率的可调性，同时增强稳定性。这种配体依赖性使Zn(II)配合物能够通过调整共轭长度、供体基团和立体效应在可见光谱（420-750nm）中实现精确的发射波长调谐。在实际应用中，Zn基发射体不仅在OLED的发射层中表现出色，还被用作宿主材料，进一步增强了其在OLED技术中的适用性。

Zn(II)配合物在OLED中的应用不仅限于单色发射，还被用于开发混合白光OLEDs。这些白光OLEDs通过多种策略实现宽光谱发射，包括掺杂、共掺杂和多层OLED架构。通过调节配体结构和控制掺杂浓度，研究者能够优化OLED的颜色平衡、效率和稳定性。例如，通过将Zn(II)配合物与Cu(I)配合物结合，研究者成功开发了具有高外部量子效率（EQE）和色渲染指数（CRI）的白光OLEDs，而无需使用贵金属。这种设计策略不仅提升了设备性能，还推动了可持续OLED技术的发展。

在设计Zn(II)配合物以实现高性能OLED材料的过程中，配体工程是关键。通过调整配体的共轭长度、电子供体/受体取代基和立体效应，可以显著优化发射波长、量子产率和电荷传输特性。例如，某些Zn(II)配合物通过引入电子供体基团（如甲基或甲氧基）实现了更高的HOMO水平，从而提高了发射效率。同时，某些配合物通过引入电子受体基团（如溴或氯）稳定了LUMO，增强了电子注入性能。此外，通过使用大分子取代基，如叔丁基或苯基，可以有效抑制聚集引起的猝灭（ACQ），从而提高固态下的发射效率。

然而，当前研究中仍存在一些挑战。Zn(II)配合物由于其d1?电子构型，无法利用三重态激子，导致其内部量子效率上限为25%。尽管如此，它们的高光致发光量子产率、易合成性和溶液加工兼容性使其在某些应用场景中仍然具有优势。此外，Zn(II)配合物在高电流密度下的效率滚降问题，以及在某些情况下由于三重态-三重态湮灭（TTA）和电荷传输失衡导致的性能下降，仍是需要克服的障碍。解决这些问题需要多学科的创新，包括更精细的配体设计、优化的设备工程和先进的测试框架。

展望未来，进一步的研究可以集中在开发更复杂的配体框架、改进设备结构、优化界面层以及应用人工智能加速高性能材料的发现。通过这些努力，Zn(II)配合物有望在下一代高效、可持续和可调谐的OLED材料中发挥重要作用。它们的低毒性、高合成产率和溶液加工能力，使其在大范围应用中具有显著优势，特别是在需要长寿命和低能耗的场景中。此外，通过探索八面体配位结构，可以进一步提升Zn(II)配合物的结构刚性、热稳定性和薄膜形成能力，从而提高其在OLED技术中的性能。这些创新不仅有助于解决现有问题，还将推动Zn(II)配合物在光电领域的发展。