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基于2位取代喹啉的浓（Ⅲ）金属配合物的合成与光电性能研究

作　者: 孙春燕
导　师: 刘旭光
学　校: 太原理工大学
专　业: 物理化学
关键词: OLED 喹啉单齿配体铱配合物磷光材料光电特性
分类号: O641.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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570nm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600nm,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558nm,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558-594nm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2.48eV；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(40nm)/CBP:铱配合物8wt%(30nm)/Bphen(40nm)TPBi(40nm)/LiF(1nm)/Al(200nm)。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540nm,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4.5eV,亮度达到最大亮度为26650cd/m2,最大电流效率可达16.76cd/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。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-27
  1.1 有机电致发光器件  11-19
    1.1.1 有机电致发光研究历史及发展现状  11-13
    1.1.2 有机电致发光器件的结构  13-15
    1.1.3 有机电致发光机理  15-16
    1.1.4 有机电致发光器件的性能指标  16-17
    1.1.5 有机电致发光器件使用材料  17-19
  1.2 有机电致发光材料  19-26
    1.2.1 有机电致发光材料的研究现状  19-21
    1.2.2 有机电致发光材料的分类  21-24
    1.2.3 有机电致荧光、磷光材料的发光机理  24-26
  1.3 本论文研究目的与主要内容  26-27
第二章 2位取代的喹啉配体及其金属配合物的合成  27-45
  2.1 实验试剂、仪器、测试方法  27-29
    2.1.1 实验试剂和仪器  27
    2.1.2 测试方法  27-29
  2.2 2位取代的喹啉配体的合成  29-32
    2.2.1 4-甲基-2-(2-噻吩)喹啉(tpqH)的合成  29-30
    2.2.2 4-甲基-2-苯基喹啉(tbqH)的合成  30-31
    2.2.3 4-甲基-2-(4-吡啶)喹啉(tdqH)的合成  31-32
    2.2.4 4-甲-2-(5-嘧啶)喹啉(tmqH)的合成  32
  2.3 2位取代喹啉的金属铱配合物的合成  32-42
    2.3.1 (ppz)_2Ir(tpq)的合成  33-35
    2.3.2 (ppz)_2Ir(tbq)的合成  35-36
    2.3.3 (ppz)_2Ir(tdq)、(ppy)_2Ir(tdq)的合成  36-40
    2.3.4 (ppz)_2Ir(tmq)、(ppy)_2Ir(tmq)的合成  40-42
  2.4 结果与讨论  42-43
  2.5 本章小结  43-45
第三章双齿配体配合物(ppz)_2Ir(tpq)、(ppz)_2Ir(tbq)的性能表征  45-53
  3.1 光物理性能  45-48
    3.1.1 紫外吸收  45-46
    3.1.2 发射光谱  46-47
    3.1.3 低温磷光  47-48
  3.2 电化学性能  48-49
  3.3 电致发光性能  49-50
  3.4 本章小结  50-53
第四章单齿配体配合物(ppz)_2Ir(tdq)、(ppy)_2Ir(tdq)、(ppz)_2Ir(tmq)、(PPY)_2Ir(tmq)的性能表征  53-63
  4.1 光物理性能  53-58
    4.1.1 紫外吸收  53-54
    4.1.2 发射光谱  54-55
    4.1.3 溶剂化效应  55-57
    4.1.4 低温磷光  57-58
  4.2 电化学性能  58-59
  4.3 电致发光性能  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章结论、创新点与展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 创新点  64
  5.3 展望  64-65
参考文献  65-71
致谢  71-73
硕士期间发表的论文及其研究成果  73

基于2位取代喹啉的浓（Ⅲ）金属配合物的合成与光电性能研究

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