氮杂环卡宾铂炔基吡啶为供体的环金属配合物自组装及其磷光性质研究

The research of metallacycles are attracting consistent attention for their features of easy assembly, unique structures and multi-functions. With the development of research, the studies for metallacycles are changing from previous crystal structures to the applications of molecular recognition, catalysis, electrochemistry, light-emitting materials, sensors, and polymer materials. The recent report of fluorescent metallacycle with quantum yield of 81.6% is a great breakthrough for light-emitting coordination-driven self-assembled metallacycles. However, the studies for phosphorescent materials, especially for phosphorescent metallacycles which play an important role in organic light emitting diodes are still not attracting as much attention as fluorescent metallacycles. In this project we are going to adopt phosphorescent cis and trans (NHC)2Pt(C≡C-Py)2 (NHC: N-heterocyclic carbene; Py: pyridine) organometallic compounds as donor motifs, associated with node acceptors to assemble high emissive square and hexagonal phosphorescent metallacycles. Furthermore, the photophysical properties (emission, lifetime, and quantum yield) will be studied for both donor motifs and metallacycles along with their light emitting mechanism. This project utilizing phosphorescent donor motifs to assemble metallacycles is significantly important for the study of coordination-driven self-assembled metallacycles and also provides a feasible solution for preparing phosphorescent materials.

环金属配合物因其易组装，结构新颖，应用广泛等特点而备受研究者关注。随着对环金属配合物研究的深入，其研究方向由探索新颖分子结构而逐渐转向对其分子识别、化学催化、电化学、化学发光、传感器以及聚合材料等功能性质的研究。最近荧光环金属配合物的自组装及性质研究取得了很大进展，荧光产率提高到81.6%，但是对在有机发光二极管中有重要作用的磷光环金属配合物的研究却有待于进一步加强。本课题拟利用具有高效磷光性能的顺反异构化合物(NHC)2Pt(C≡C-Py)2为供体，同节点受体自组装合成具有协同发光效应的四边形和六边形磷光环金属配合物，研究顺反供体和环金属配合物的磷光性质（磷光发射，磷光寿命及量子产率），并探讨供体和环金属配合物的发光机理。本项目利用磷光金属化合物为供体，同节点受体自组装具有协同效应的磷光环金属配合物对配位自组装研究具有重要的研究价值及意义，同时本研究也为磷光材料的开发提供了一条有效途径。

本项目2016年获国家自然科学基金委员会立项资助，主要研究内容为：1、氮杂环卡宾铂炔基吡啶磷光供体化合物（顺式，反式）的量子化学模拟，合成，表征及其发光性质研究；2、不同金属（铂，铱，钌等）结点受体化合物的合成及表征。3、磷光环金属配合物的自组装，表征，发光性质研究，发光机理研究和量子化学。课题组围绕项目研究内容开展相关研究工作，目前已经完成五个体系的研究工作，共合成新配体及新型构筑单元化合物12个，自组装超分子环金属化合物及笼状化合物6个，相关研究成果已经分5部分发表在国外学术期刊。主要研究成果有以下5个方面：第一，利用磷光量子产率为1.2%的反式-二氮杂环卡宾铂二炔基4-吡啶trans-(NHC)2Pt(C≡C-4-Py)2构筑单元分子为供体，同2,2’ -联吡啶铂Pt(bipy)节点受体自组装合成具有磷光量子产率为14%的三角形环状金属化合物；第二，利用具有磷光性质的反式-二三乙基膦铂炔基2,2’-联吡啶化合物trans-(PEt3)2Pt(C≡C-5-bipy)2为构筑单元供体，同二价Fe和Zn阳离子自组装合成具有四面体笼状结构的金属化合物，并且该化合物保持了供体分子的磷光性质；第三，甲基化反式-二氮杂环卡宾铂二4-炔基吡啶trans- (NHC)2Pt (C≡C-4-Py)2能使该化合物产生具有共轭增强效应的累双烯结构，从而使该化合物磷光量子产率从0.8%提高到39.4%，磷光寿命从0.375微秒延长到21.2微秒；第四，利用直线型双齿二吡咯Re化合物为受体分子，4,4’-联吡啶为供体分子自组装合成具有扭曲四边形结构的Re环金属化合物。第五，利用顺式-二氮杂环卡宾铂二炔基4-吡啶cis-(NHC)2Pt(C≡C-4-Py)2为构筑单元供体，2,2’-联吡啶铂Pt(bipy)节点分子片段为受体自组装合成具有四边形结构的Pt环金属化合物并研究其磷光性质。通过以上研究，合成了一批新的环状和笼状金属化合物材料，验证了重金属原子增加及有机配体共轭效应增强能够提升自组装化合物的量子发光效率，为今后开发具有较高量子产率的磷光超分子材料提供了实验依据。