自从1987年C.W.Tang首次报道了多层低驱动电压电致发光器件开始,人们在对高效率的电致发光器件材料探索的道路上付出了大量的努力,并且在不断地改进和完善器件工艺。有机电致发光二极管(OLEDs:Organic Light-Emitting Diodes)非常美好的工业应用前景激励着人们发展轻质量、低成本和大面积的显示器件和白光光源。到目前为止,在一些手机、数码相机和电视上,基于OLEDs的高效率显示基板已经得到广泛应用。尽管已经拥有了这样的成果,但是在全彩显示和白光照明等领域还有很多问题亟待解决和改善。有机四配位硼化合物以其优异的光电性质成为OLEDs领域中非常重要的材料。在经典的四配位硼化合物结构中,人们将硼原子并入到配体的π共轭体系中。这样不仅可以增加化合物的荧光量子效率,而且能够提高化合物固体材料的电子传输能力。在有机四配位硼化合物结构的设计上,人们主要是通过调节配体π共轭骨架的长度以及在配体上引入不同功能的取代基来调节化合物的发光性质;但与硼中心原子相连的基团种类的选择却非常有限。到目前为止,大多数四配位硼化合物中与硼相连的基团为苯基、米基和氟原子。此外,对于全彩显示的OLEDs来说,绿光和红光器件都已经达到了很高的效率。唯独蓝光器件,尤其是深蓝光器件,还在诸如器件寿命、器件效率、色纯度和载流子传输等方面,与绿光和红光器件有很大差距。因此,对于四配位硼化合物而言,设计和开发新型的蓝光深蓝光发光材料是一项非常迫切而且有意义的工作。我们的研究工作是从以下三个出发点来设计合成有机四配位硼化合物并将其应用于电致发光器件中。第一,我们选用一系列苯酚基咪唑衍生物作为配体与三苯基硼进行配位,通过调节配体的π共轭体系的长度来调节化合物的发光颜色,得到一些高效深蓝光发射的四配位硼化合物。第二,我们利用两个具有刚性结构的化合物(联苯硼芴和二硼蒽)作为新型的含硼基团,得到具有螺硼结构的刚性四配位硼化合物。第三,我们选取了苯并噻唑的衍生物作为配体,通过在配体中引入不同的功能性取代基团、改变与硼桥联的原子种类、选用不同的含硼基团来研究这些因素对于化合物光电性质的影响,为以后四配位硼化合物的设计研究总结出一些普适性的规律。1、在第二章中,我们分别通过一步简单的反应得到了三个苯酚基咪唑的衍生物。以此作为配体,通过与三苯基硼反应得到三个有机四配位硼化合物。单晶结构表明,这三个化合物由于苯基这样大空阻取代基的引入,有效地阻止了分子共轭平面之间的π-π相互作用。它们在溶液态和薄膜中均表现出强烈的深蓝光发射,并且随着配体共轭程度的增大,固态发射光谱略有红移。化合物的HOMO和LUMO轨道都主要分布在配体的共轭骨架上。三个材料都具有较高的熔点(Tm:257-348?C),玻璃化转变温度(Tg:104-173?C)和热分解温度(Td5:349-362?C),并且都是很好的玻璃化材料。利用这三个化合物作为发光层构筑的非掺杂电致发光器件,表现出很好的深蓝光发射,Commission Internationale de l’éclairage(CIE)坐标的x值约为0.15,y值均小于0.10,与国家电视系统委员会(NTSC)规定的深蓝光的标准(0.15,0.08)非常接近。其中以苯酚基苯并咪唑和苯酚基菲并咪唑为配体的两个化合物构筑的器件具有优异的电致发光性能。器件的最大亮度达到了2692 cd m-2,最大电流效率为2.80 cd A-1,最大功率效率1.81 lm W-1。这样的器件性能与之前文献报道的深蓝光四配位硼化合物器件相比提高了很多。2、在第三章中,我们通过几步简单的锂化反应和文献中报道过的硼交换反应得到了化合物9-溴-9-硼芴。以这种硼芴作为含硼基团,分别与四个经典配体(苯酚基吡啶、苯酚基苯并噻唑、苯酚基苯并恶唑和苯酚基苯并咪唑)进行配位,得到了四个含有螺硼结构的有机四配位硼化合物。单晶结构表明,四个化合物中的联苯平面与配体共轭骨架平面为刚性垂直连接。它们的溶液和固体发射光谱在天蓝光到深蓝光区域。理论计算的HOMO轨道主要分布在联苯基团上,这与同样配体的二苯基硼化合物(HOMO轨道主要分布在配体上)差别很大。LUMO轨道主要分布在配体共轭骨架上,与同样配体的二苯基硼化合物相似。四个材料均表现出了非常好的热学稳定性,具有比同样配体的二苯基硼化合物更高的熔点(260-310?C)和热分解温度(340-384?C)。以这四个化合物为发光层构筑电致发光器件,与同样配体的二苯基硼化合物相比,器件性能提升很多。尤其是配体为苯酚基吡啶和苯酚基苯并咪唑的化合物构筑的器件D1和D4表现出了非常突出的器件性能。其中D1表现出很强的蓝光发射,发光峰位为468 nm,它的开启电压为3.0 V,最大亮度为4044 cd m-2,最大电流效率为4.95 cd A-1,最大功率效率为4.52 lm W-1。D4为深蓝光发射,发光峰位为445 nm,CIE坐标为(0.16,0.08),开启电压、最大亮度、最大电流效率和功率效率分别为:2.9 V,2392 cd m-2,3.12cd A-1和3.09 lm W-1。据我们所知,这个器件性能是目前报道的四配位硼化合物深蓝光器件的最高水平。3、在第四章中,我们通过格氏试剂反应和偶联反应得到了化合物9,10-二溴-9,10-二硼蒽。以这个二硼蒽化合物为含硼基团,分别与四个经典的配体(苯酚基吡啶、苯酚基苯并噻唑、苯酚基苯并恶唑和苯酚基苯并咪唑)进行配位,得到了四个具有十字交叉结构的有机四配位硼化合物。在这四个化合物的单晶结构中,两个配体与中间的硼蒽核呈刚性垂直连接。在分子的堆积结构中,分子的排列比较松散。化合物在溶液和固体状态下均表现出了非常强的蓝光和蓝绿光发射,具有较高的荧光量子效率(0.42-0.69)。HOMO和LUMO轨道分布是分离的,重叠面积较小,这使得化合物表现较强的双极性传输能力。我们利用飞行时间法测定其空穴和电子迁移率都为10-4 cm2 V-1 s-1数量级,这可能归因于化合物十字交叉共轭结构产生的空穴和电子传输通道。化合物表现出了非常好的热学稳定性,它们的熔点为370-464?C,热分解温度为410-488?C,这在有机化合物中都是非常高的。以这四个材料为发光层构筑非掺杂电致发光器件,均表现出了硼化合物的本征发射。其中,以苯酚基吡啶为配体的化合物构筑的器件D1表现出了最好的性能。它的发光峰位在476 nm,为蓝光发射。开启电压仅为2.8 V,最大亮度高达9041 cd m-2,最大电流效率为7.01 cd A-1,最大功率效率为7.58 lm W-1。这是目前报道的蓝光四配位硼化合物中效率和亮度最高的器件。4、在第五章中,我们通过一种简单的合成方法设计了一个双硼桥联的梯形分子。单晶结构表明,这个分子具有一个并七环结构的共平面?共轭骨架,其外围的大空阻取代基-米基基团可以有效地阻止?平面的堆积,从而减小化合物固体状态的荧光淬灭,使化合物溶液和固体的荧光量子效率相当。化合物在二氯甲烷溶液中表现出绿光发射,薄膜状态下,发射光谱的红移很小。化合物表现出较好的热学稳定性(Tm:352?C;Td5:360?C)。以这个分子为发光层构筑电致发光器件,表现出了比较一般的性能。但是,有意思的是以这个分子同时作为发光层和电子传输层的器件,开启电压为3.2 V,最大电流效率和功率效率分别为:3.65 cd A-1和3.58 lm W-1,这样的器件性能与经典材料Alq3同时作为发光层和电子传输层的器件性能相当。5、在第六章中,我们以经典的苯并噻唑衍生物为配体,通过与硼芴和三苯基硼进行配位,得到了八个有机四配位硼化合物。在苯并噻唑的对位引入不同推电子能力的基团,含有推电子能力更强的二甲胺基的化合物与二苯胺基化合物相比,具有更宽的带隙,蓝移的发射峰位和更好的热学稳定性。同样配体不同硼基团的化合物,含有联苯基团的化合物与含有二苯基基团的化合物相比,具有更窄的带隙,红移的发射峰位和较好的热学稳定性。在配体的两个芳香环中间引入共轭基团,增大了配体的共轭程度,使得化合物的发光峰位红移。在N,B^N螯合的四个化合物中,在苯并噻唑的对位引入吸电子的基团使得化合物的带隙变宽,发射光谱蓝移。由于分子量的增加,化合物的热学稳定性更好。通过对配体上的取代基、与硼桥联的原子以及配体共轭程度的改变,来构筑不同结构的化合物,研究这样的结构变化对于化合物光电性质的影响,为以后的合成做出指导。综上所述,我们设计合成了二十种有机四配位硼化合物,系统研究了其单晶结构、光物理、电化学和热学性质并开展了理论计算,研究了它们的前线轨道分布和能级结构。我们还构筑了一些具有特点的高效有机电致发光器件。阐述了化合物结构与性能之间的关系,为以后有机四配位硼化合物的研究工作提供了很好的参考与借鉴。