D-A型聚噻吩类化合物电致发光材料的合成与性能研究

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聚噻吩衍生物电致发光器件因具有自发光、视角宽、响应快、生产工艺简单、驱动电压低、能耗低等优势,在平板显示领域具有极大的应用前景而引起了广泛的关注。为了获得高效率的PLED器件,电子和空穴平衡地注入聚合物发光层是十分必要的。具有高电子亲和势的共轭聚合物有低的电子注入势垒,而侧链含有吸电子单元的聚合物通常有着高的电子亲和势。2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑为典型的吸电子单元,因此,在聚合物侧链中引入1,3,4-噁二唑环是-种提高聚合物电子亲和势与电子传输能力的有效方法。建立在比较成熟的聚3-烷基噻吩合成工艺的基础之上,本文着重对聚3-烷基噻吩的4号位进行特殊官能团取代,探索具有着更高的发光效率,发光亮度及其更为稳定的聚噻吩类材料。   通过缩合反应合成了2,5-二对甲基苯基-1,3,4-噁二唑(1),并用UV-vis,FT-IR,1H-NMR和单晶X射线衍射进行了表征。通过Wittig反应合成了2,5-二对乙烯基苯基-1,3,4-噁二唑(4),并用UV-vis,1H-NMR,13C-NMR进行了表征。对比于化合物(1),化合物(4)的最大吸收发生红移,表明其具有着较低的能隙。两种化合物的CV谱图的对比表明化合物(4)中的乙烯基单元给分子的电化学性质带来了特殊的电子效应。使用高斯03软件包优化了这两种分子的几何构型及电子分布。结果表明化合物(4)具有较低的LUMO轨道能级从而电子传输性能更好;化合物(1)具有较高的能隙从而具有更好的空穴阻碍性能。这两种化合物的模拟紫外可见吸收光谱与实验谱图的红移趋势基本-致。化合物(4)与(1)相比发生了红移主要是因为分子内的电荷转移和较低的能隙。分子轨道系数分析表明最大吸收对应π-π*跃迁。   通过Heck偶联反应分别合成了3-(2-乙烯基吡啶)噻吩和(3-(2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-乙烯苯基)-1,3,4-噁二唑))噻吩,并通过X-射线单晶衍射,UV-vis,1H-NMR进行了结构表征。研究了化合物的溶液和薄膜状态的光致发光性质。使用高斯03软件包优化了这两种分子的几何构型及电子分布。在紫外吸收光谱中,TH-OXD对比于化合物TH-PY发生了红移,这主要归因于其更多的分子内电荷转移和更低的能隙。无论是在溶液还是在薄膜状态下,对比于TH-OXD的PL峰,TH-PY的发射峰都发生了蓝移,这主要是因为TH-OXD的侧基二苯基1,3,4-噁二唑较大程度的增加了其有效共轭长度的作用。在氯仿溶液中,TH-OXD和TH-PY都具有着较高的荧光量子效率,这可能是由于其刚性平面结构降低了由振动和转动所引起的内转换的机率。与TH-PY相比,TH-OXD的荧光量子效率较高是因为其更大的有效共轭长度增加了激子辐射性衰减的几率。结果表明,这两种合成的化合物同时具备空穴传导和电子输入双重功能,光致发光性能良好,热稳定性好,能形成均衡薄膜,因此可作为制作有机电致发光器件的候选材料。   采用Heck偶联法和三氯化铁氧化还原聚合法合成了两种新型的D/A-PTh衍生物,聚(3-(2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-乙烯苯基)-1,3,4-噁二唑))噻吩(P3OXDT)和聚(3-辛-4-(2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-乙烯苯基)-1,3,4-噁二唑))-聚3-辛基噻吩(P3O4OXDT-P3OT)共聚物,它们都以聚噻吩作为主链并且含有1,3,4-噁二唑侧基。通过UV-vis,1HNMR,凝胶渗透色谱(GPC)和荧光光谱仪(PL)进行定性分析,并与聚3-辛基噻吩(P3OT)进行了对比研究。它们都具有着较高的分子量,展示出了良好的可溶性,好的成膜能力。与P3OT相比,通过在P3O4OXD-P3OT侧链引入1,3,4-噁二唑衍生物明显的增加了聚合物的能隙,紫外光谱,荧光发射光谱都发生了明显的蓝移。   综上,1,3,4-噁二唑小分子材料是比较好的n型有机掺杂半导体,具有着较好的电子传输性能及热力学稳定性。理论计算表明其分子几乎呈平面结构,整体具有着较好的共轭平面结构,从而保证了其在受激时呈π-π*跃迁,具有着较低的能隙。将具有着较好的电子传输性能的1,3,4-噁二唑与噻吩单元连接,可以获得光致发光性能良好,荧光量子效率高,热稳定性好的新型小分子电致发光材料。这些小分子电致发光材料分子可设计性强,而且制备工艺简单,具有着很好的工业化前景。将1,3,4-噁二唑侧基引入聚噻吩的主链,可以更好的对分子进行设计并调控其性能,进而改善了聚合物的热稳定性,光学性能及能隙,并且可以获得较高的荧光量子效率,是非常有前景的聚合物电致发光光材料。  
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