环金属磷光铱(Ⅲ)配合物和小分子给体材料的合成及其光电性能研究

摘要

有机电致发光器件 (OLED) 具有突出的优点 (能耗低,亮度高，发光颜色可调，色彩柔和，不需要背光源，启动电压低等优点)，被认为是下一代照明和显示设备。将有机磷光铱(Ⅲ)配合物作为客体材料掺杂进主体材料中，在旋轨耦合作用下可以同时利用单线态和三线态上的激子，理论量子效率达到百分之百。同时由于有机磷光铱(Ⅲ)配合物可以通过调整自身配体结构改变其最低未占有分子轨道(lowunoccupied molecule orbital,LUMO)的能级，或者通过给电子基团或吸电子基团的电子效应对其前线分子轨道能级进行调控，通过以上两种方式可以对配合物的发光颜色进行优化。　　本文主要合成了基于二苯并噻吩-5,5-二氧化物的磷光铱(Ⅲ)配合物并将其作为客体掺杂材料应用于白光器件中，研究其电致发光性能。我们也合成了基于2,1,3-硒二唑为受体单元的小分子给体材料，而后与富勒烯受体 PC71BM 共混通过溶液旋涂的方法制备了给受体材料共混的异质结单节太阳能电池并研究了其器件性能。　　在第二章中，我们以咔唑为电子给体单元D，以二苯并噻吩-5,5-二氧化物为受体单元A，合成了具有D-A结构的配体，而后与Ir配位，以吡啶甲酸作为辅助配体去桥联合成了两种小分子磷光铱(Ⅲ)配合物 (m-CzFSOPy)2IrPic 和(p-CzFSOPy)2IrPic。因为 (p-CzFSOPy)2IrPic自身配体的刚性共平面结构，有效抑制了激子的非辐射跃迁提高了量子效率。(p-CzFSOPy)2IrPic作为客体掺杂材料制备的器件实现了 5.3 %的外量子效率和 13.3 cd/A 的流明效率。而后将 (p-CzFSOPy)2IrPic 与双 (4,6-二氟苯基吡啶-N,C2') 吡啶甲酰合铱 (FIrpic) 作为客体掺杂材料对器件性能进行优化，实现了9.5%的外量子效率和19.2 cd/A的流明效率。　　在第三章中，我们以三苯胺作为电子给体单元D，以二苯并噻吩-5,5-二氧化物作为受体单元 A ，合成了具有 D-A 结构的小分子磷光铱(Ⅲ)均配物 (p-FSOPyTPA)3Ir和 (m-FSOPyTPA)3Ir。两种小分子铱(Ⅲ)均配物均展现了很好的热稳定性, 其中 (p-FSOPyTPA)3Ir的分解温度高达510 ℃，同时溶液中的光致发光光谱表明了两个小分子铱(Ⅲ)均配物内的单线态1LC激子的能量能够高效的通过内转换和系间窜越的方式跃迁到三线态的 3MLCT能级上，减少了配体自身的发射，提高了发光色彩的纯度。　　在第四章中，我们以2,1,3-硒二唑 (BT) 为受体单元，三苯胺 (TPA) 或10,15-二氢-5H-二吲哚并[3, 2-A:3', 2'-C]咔唑 (TAT) 为电子给体单元，D-A单元间以噻吩 (Th) 作为 π 桥梁合成了具有 D-A 结构的小分子给体材料:TPA-Th-BT，TAT-Th-BT。而后我们通过对TPA上进行修饰，引入了吸电子基团3-(二氰基亚甲基)靛酮 (IND)，合成了 IND-TPA-Th-BT，由于 IND 的吸电子效应，显著降低了HOMO 能级，不经拓宽了自身吸收谱带，而且增加了与受体材料 PC71BM 上LUMO能级的带隙，提高了开路电压，开路电压达到0.98V。以 IND-TPA-Th-BT作为给体材料的器件性能最好，转换效率最高为1.55%，电流密度为5.47 mA/cm2。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2有机光致发光器件

1.2.1有机电致发光器件(OLED)的发展

1.2.2有机电致发光器件 (OLED) 结构

1.2.3有机电致发光器件 (OLED) 的发光原理

1.2.4 有机电致发光器件中的小分子磷光铱(Ⅲ)配合物

1.3有机太阳能电池(organicsolar cells, OSCs)

1.3.1有机太阳能电池器件的发展

1.3.2有机太阳能电池基本结构

1.3.3激子在本体异质结(BHJ)活性层中的解离过程

1.3.4太阳能电池的性能参数

1.3.5有机小分子给体材料

1.4 本文的研究意义和研究内容

1.4.1 本文研究意义

1.4.2 本文研究内容

第二章 基于二苯并噻吩为电子受体单元，咔唑为电子给体单元的磷光铱(Ⅲ)配合物的合成及其性能研究

2.1绪言

2.2实验部分

2.2.1原料与试剂

2.2.2所用测试设备及测试条件

2.2.3 化合物的合成

2.3结果与讨论

2.3.1 紫外-吸收和光致荧光发射光谱

2.3.2小分子磷光铱(Ⅲ)杂配物的热力学性质

2.3.3电致发光器件的制备与性能测试

2.4本章小结

第三章 基于二苯并噻吩为电子受体单元，三苯胺为给体单元的三环有机磷光铱(Ⅲ)配合物的合成及其性能研究

3.1绪言

3.2实验部分

3.2.1原料与试剂

3.2.2所用测试设备及测试条件

3.2.3 化合物的合成

3.3结果与讨论

3.3.2磷光铱(Ⅲ)配合物的热力学性质测试

3.4本章小结

器件性能研究

4.1绪言

4.2实验部分

4.2.1原料与试剂

4.2.2所用测试设备和测试条件

4.2.3 单体的合成

4.3结果与讨论

4.3.1小分子给体材料的紫外吸收光谱和电化学性质

4.3.2热力学稳定性

4.3.3器件的制备与性能测试

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢

在读期间公开发表的论文