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联苯乙烯类蓝光材料的理论研究及结构设计

作　者: 崔明侠
导　师: 王文亮
学　校: 陕西师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 取代衍生物类似物电子结构激发态光谱性质
分类号: O621.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

有机薄膜电致发光是新一代的平板显示器件,呈现出诱人的应用前景,是目前电致发光和平板显示领域中的研究热点。在各种蓝光材料中,联苯乙烯（distyrylarylenes,简称DSA）衍生物被认为是一类较好的蓝色发光材料。2007年Jeon等合成了一种新型的联苯乙烯类化合物（A）,它作为一种掺杂剂在发光层中,器件得到了高纯度的蓝光。为了从理论上对化合物A的发光性质予以解释,并设计合成性质更加优良的蓝光材料,因此有必要对化合物A及取代衍生物、类似物的电子结构及光谱性质进行研究。基于这种目的,本文以化合物（A）为母体,首先设计了氟（-F）及三氟甲基（-CF₃）取代的9种衍生物,然后通过改变主链联苯又设计了7种联苯乙烯的类似物。运用量子化学从头算HF和密度泛函理论B3LYP方法对化合物A及上述16种模型化合物进行了系统的理论计算研究。在HF优化构型的基础上采用单激发组态相互作用方法（CIS）进行激发态构型的几何优化,在基态和激发态构型优化的基础上采用含时密度泛函方法（TD-DFT）分别计算它们的吸收和发射光谱。深入探讨了化合物A及其9种-F及-CF₃取代衍生物的取代基位置与轨道能量和光谱性质的关系。发现取代位置不同及取代基数目或种类不同,前线分子轨道能量的变化不同。对化合物A的7种类似物几何结构与轨道能量及光谱性质进行了深入的探讨,发现中间共轭环发生变化,影响其轨道能量和光谱性质发生变化。具体研究内容及详细结论如下:首先,对化合物A及其9种取代衍生物的电子结构和光谱性质进行了研究,得到以下结论:（1）化合物A及取代衍生物在465-474 nm蓝光区域均有一很强的主发射峰,其强度远远大于372-387 nm范围的次发射峰,这是化合物A具有高纯度发射光谱的原因之一。（2）主链苯环上的四个-F和四个-CF₃取代（B1和B2）发射光谱相对于二氟取发生蓝移,既是主链苯环又是端基芳胺基苯环的全氟取代（D2）的发射光谱相对于二氟取代（D）则发生红移。（3）主链苯环上的取代（B、B1、B2、C、D、D1和D2）可有效降低化合物LUMO能级,其中全-F和全-CF₃取代（B1、D1、B2和D2）相对于二氟取代（B和D）降低更明显,提高电子注入能力,增强发光效率。（4）芳胺基苯环上的取代（D、D1、D2和E）使得HOMO能级降低,电离势增加,其中芳胺基苯环上的全-F和全-CF₃全取代（D1和D2）HOMO能级降低更明显,电离势增加更多,有利于抑制空穴越过发光层向电子传输层输运,减少界面处激基复合物的形成,提高发光效率。（5）既是主链苯环上取代,也是芳胺基苯环上取代衍生物（D、D1和D2）更有利于电子-空穴注入的平衡,提高器件的发光效率与纯度,可能具有更加优良的发光性质。其次,对化合物A的7种类似物的电子结构与光谱性质进行了研究,得到以下结论:（6）化合物（G1-G4和H2-H4）的HOMO能级均升高,当主链为二吡咯、二噻吩和二呋喃（H2-H4）时HOMO能级明显升高,且能量变化次序为H2＞H4＞H3,有利于空穴的传输。（7）化合物主链为芴、咔唑、硫芴和氧芴（G1-G4）时的吸收光谱发生蓝移,而发射光谱发生红移,且在（440-490nm）蓝光范围内,说明改变主链后（G1-G4）的斯托克斯位移增大,提高了化合物的荧光性能,主链变为二吡咯、二噻吩和二呋喃（H2-H4）时,发射光谱发生红移。因此,改变主链联苯可以改变载流子的传输性能及光谱性质。

联苯乙烯类蓝光材料的理论研究及结构设计

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