双极性磷光铱配合物的合成及其光电性能研究

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有机电致发光器件(organic lighting emitting diodes,OLEDs),不仅具有驱动电压低、响应速度快、视角范围宽,还具有低成本,低能耗等优点,成为信息、化学等学科和平板显示领域的研究热点。按照材料的物理发光的过程,有机电致发光材料主要可以被分为两大类,磷光材料与荧光材料。与荧光材料相比,有机电致磷光材料,如重金属如铂(Pt),铱(Ir)等配合物,由于其强烈的自旋轨道耦合作用,使得其单线态和三线态激子同时发光,致使内量子效率达到100%,成为OLED研究的一个主要领域。铱配合物是重要的有机电致磷光材料之一,具有热稳定性好、光色可调、发光效率高及磷光寿命短等优点,成为电致磷光材料的研究热点。要实现全彩显示及固体照明等应用的目的,在三基色中蓝光是必不可少,但由于蓝光的能量高,效率和稳定性没有绿光和红光材料好。此外,对于磷光器件,磷光材料在固体中有较强的三线态猝灭以及电子与空穴的难注入与不平衡等,都会导致器件效率的降低。因此,设计与开发新型的蓝色磷光材料仍然是一个极富挑战性的课题。最近,双极性磷光铱配合物的出现吸引大家的广泛关注,但是,关于双极性磷光铱配合物,尤其是蓝色双极性磷光铱配合物的研究很少。  在本论文中,通过对典型的蓝色铱配合物(iridium(III)[bis(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2]-picolinate,FIrpic)的配体结构进行修饰和改性,在吡啶环上引入具有好的空穴传输性能的供电子基团(三苯胺或者咔唑基团),在苯环上接入具有好的电子传输性能的吸电子基团(芳香膦氧基团),希望获取具有好的空穴和电子传输性能的宽能带隙的双极性蓝色磷光铱配合物材料。  主要工作包括了以下两部分:  首先选取了三苯胺基和咔唑苯基这两个空穴传输能力好的基团,分别对FIrpic配体的吡啶环的4位进行修饰,得到了两种空穴传输铱配合物材料:CzP-ppy-pic和TPA-ppy-pic。两种配合物的化学结构经过1H NMR,13C NMR和质谱等测试方法确认,并利用热重分析,紫外可见吸收光谱,荧光光谱和循环伏安法分别研究了它们的热稳定性,光物理性质和电化学性能。利用DSC和TGA研究了铱配合物的热稳定性,测得CzP-ppy-pic和TPA-ppy-pic的玻璃化转变温度分别为148℃和160℃;利用紫外吸收和荧光发射光谱研究显示,两种铱配合物发出了强烈的绿光;此外,又利用循环伏安法对铱配合物的电化学性质进行了研究,两种铱配合物的HOMO能级与PEDOT:PSS的费米能级很接近,进一步表征两种铱配合物有很好的空穴传输能力。此外,将CzP-ppy-pic和TPA-ppy-pic为客体材料以8wt%浓度掺杂在mCP和TAPC中分别制成磷光器件A和B,器件A的最大亮度和最大发光效率分别为36665cd/m2和30.60cd/A;而器件B的最大亮度和最大发光效率分别为18130cd/m2和23.25 cd/A。  在前一部分实验基础上,除了选取三苯胺基和咔唑苯基这两个空穴传输能力好的基团,对FIrpic的吡啶环4位进行修饰外,同时在苯环的两氟中间引入二苯基膦氧基团,又得到了两种双极性蓝色磷光材料:PO-CzP-ppy-pic和PO-TPA-ppy-pic。两种配合物的化学结构通过1H NMR,13C NMR和质谱等测试方法确认,并利用热重分析,紫外可见吸收光谱,荧光光谱和循环伏安法分别研究了它们的热稳定性,光物理性质和电化学性能。利用DSC和TGA研究了铱配合物的热稳定性,测得PO-CzP-ppy-pic和PO-TPA-ppy-pic的玻璃化转变温度分别为180℃和220℃,具有好的热稳定性;利用紫外吸收和荧光发射光谱研究了配合物的光物理性质;此外,又利用循环伏安法对铱配合物的电化学性质进行了研究,两种铱配合物的HOMO能级与PEDOT:PSS的费米能级很接近,而LUMO能级与LiF/Al的能级非常接近,说明两种铱配合物既有好的空穴注入与传输能力,又有好的电子注入与传输能力,是优异的双极性材料。此外,将PO-CzP-ppy-pic和PO-TPA-ppy-pic为客体材料以8 wt%浓度掺杂在mCP和TAPC中制成发光器件C和D,并研究了它们的电致发光特性。结果表明,器件C的最大亮度和最大发光效率分别为12782cd/m2和16.07cd/A,发天蓝色磷光;而器件D的最大亮度和最大发光效率分别为8240cd/m2和31.33cd/A,发绿色磷光。
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