基于2代取代喹啉的铱(Ⅲ)金属配合物的合成与光电性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zy2000
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有机电致发光器件(OLED)目前可应用于照明、全色显示、平板显示的背景源等领域,因具有低功耗、响应时间短、宽视角、自发光等优点而成为研究的热点。有机电致发光材料种类繁多,选择范围大,发光颜色丰富。其中,喹啉体系金属配合物具有传输性能好、真空成膜性好、量子效率高、稳定性好、光色可调等优点,被广泛应用于OLED中。8-羟基喹啉铝、8-羟基喹啉镓、8-羟基喹啉锌等是众所周知的荧光材料,喹啉及其衍生物的铱配合物也被广泛应用于磷光铱配合物中。与荧光材料相比,基于磷光材料的有机电致发光器件具有更大的优势。在磷光金属配合物中,由于重金属原子的引入,金属与配体之间将产生较强的自旋轨道耦合,理论上内量子效率可达到100%。其中,铱金属配合物的自旋轨道现象最为明显,室温下具有较强的磷光。   目前,喹啉体系铱配合物的光谱集中在深红光、橙光范围,而570 nm之前的黄、绿、蓝光谱范围的喹啉及其衍生物的铱配合物则研究较少。因此,喹啉体系铱配合物材料可涉光谱较窄。针对这种情况,我们设计合成六种基于2位取代的喹啉配体,通过在配体中引入电子云密度小且含氮的吡啶唑类,实现其铱配合物的光谱蓝移,目的是实现喹啉体系铱配合物的黄光、绿光更宽范围的发射。已报道的Ir(2-phq)3为红光磷光材料,发射波长在600 nm,我们想要将红光材料蓝移实现橙光发射,通过引入共轭程度较小的1-苯基吡唑(ppzH)为主配体,4-甲基-2-苯基喹啉(tbqH)为辅助配体合成了黄光磷光铱配合物二(1-苯基吡唑)(4-甲基-2-苯基喹啉)合铱(Ⅲ)((ppz)2Ir(tbq)),发射波长在575nm。通过改变、调节辅助配体的结构,将辅助配体中苯环(tbqH)换成噻吩(tpqH)、吡啶(tdqH)、嘧啶(tmqH)等,获得了一系列磷光材料,实现了发光波长从558到619nm光色可调的磷光发射。目标产物经柱层析提纯后用氢核磁谱、单晶解析确定其结构;并用紫外分光光度计、荧光光度计测试了目标产物在CH2Cl2中的光物理性质,二(1-苯基吡唑)(4-甲基-2-(2-噻吩)喹啉)合铱(Ⅲ)(ppz)2Ir(tpq)的发射峰在590和619nm处,二(1-苯基吡唑)(4-甲基-2-(5-嘧啶)喹啉)氯合铱(Ⅲ)(ppz)2Ir(tmq)的发射峰在558 nm,其它四种材料二(1-苯基吡唑)(4-甲基-2-苯基喹啉)合铱(Ⅲ)(ppz)2Ir(tbq)、二(1-苯基吡唑)(4-甲基-2-(4-吡啶)喹啉)氯合铱(Ⅲ)(ppz)2Ir(tdq)、二(2-苯基吡啶)(4-甲基-2-(4-吡啶)喹啉)氯合铱(Ⅲ)(ppy)2Ir(tdq)、二(2-苯基吡啶)(4-甲基-2-(5-嘧啶)喹啉)氯合铱(Ⅲ)(ppy)2Ir(tmq)的发射峰介于558-594 nm之间。在不同取代基形成的铱配合物(ppz)2Ir(tpq)、(ppz)2Ir(tbq)、(ppz)2Ir(tdq)、(ppz)2Ir(tmq)中,随取代基团噻吩、苯环、吡啶、嘧啶依次的变化,电子云密度逐渐减少,引起了发射波长依次蓝移。循环伏安曲线显示,铱配合物出现了可逆的氧化还原峰,并由氧化还原电势计算得到铱配合物(ppz)2Ir(tpq)、(ppz)2Ir(tbq)、(ppz)2Ir(tdq)、(ppy)2Ir(tdq)、(ppz)2Ir(tmq)、(ppy)2Ir(tmq)的能级带隙(Eg)依次为2.21、2.52、2.42、2.47、2.64和2.48 eV;以铱配合物为发光层,掺杂在主体材料CBP中,设计了器件结构,ITO/NPB(40 nm)/CBP:铱配合物8wt%(30 nm)/Bphen(40 nm)TPBi(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)。磷光铱配合物表现出了较好的发光性能,(ppz)2Ir(tdq)、(ppy)2Ir(tdq)的EL谱发射峰为510和540 nm,实现了喹啉体系铱配合物的绿光范围的发射,(ppy)2Ir(tdq)制备的器件启亮电压4.5 eV,亮度达到最大亮度为26650cd/m2,最大电流效率可达16.76 cd/A。   实验发现单齿配体铱配合物(ppz)2Ir(tdq)、(ppy)2Ir(tdq)、(ppz)2Ir(tmq)、(ppy)2Ir(tmq)四种材料的反应条件温和(70℃)、产率高。PL谱与器件的EL谱峰有较大差异,并且具有强的溶剂化效应。电致发光性能良好,亮度高,效率较大。出现这种现象的原因和机理,正在进一步研究中。
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