蓝光离子型铱金属配合物的设计、合成及其有机电致发光性能研究

Blue-emitting ionic iridium complexes are of great importance for the development of high performance organic electroluminescent devices, but suffer from low efficiency and stability. This proposal aims to design and synthesize novel blue-emitting ionic iridium complexes. By using cyclometalated ligands with both high π-π* triplet energy and π* energy, ancillary ligands with electron-rich N atom, and dendritic groups with charge-transporting properties, the blue light emission efficiency and carrier-transport capability of the complexes in films will be enhanced. By introducing hydrophobic groups and π-π stacking interactions within the complexes, the intrinsic stability of the complexes will be reinforced. Light emitting electrochemical cells (LECs) will be fabricated by using the synthesized complexes. Electrical approaches, such as capacitance measurements, will be used to study the position of carrier recombination zone in the LEC. Through device optimization, blue LECs with both high efficiency and high stability will be developed. By using dendritic groups with charge-transporting properties and ligands with electron-rich N atoms, the blue light emission efficiency and color purity of the complexes in films will be enhanced. Solution-processed blue phosphorescent organic light-emitting diodes (OLEDs) will be fabricated by employing the developed complexes as dopants. Through device optimization, solution-processed blue phosphorescent OLEDs with both high efficiency and high color purity will be developed. The proposed research will pave the way for the application of LECs and solution-processed OLEDs in solid-state lighting or full-color display.

蓝光离子型铱金属配合物对于开发高性能有机电致发光器件具有重要作用，但是存在效率和稳定性差的问题。本项目设计合成新型蓝光离子型铱金属配合物，通过选用具有高π-π*三线态能级和π*能级的第一配体和含有富电N原子的第二配体，引入具有电荷传输能力的树枝状基团，提高配合物在薄膜中的蓝光发射效率和载流子传输能力；通过引入疏水基团和π-π重叠作用，提高配合物的内在稳定性。基于合成的配合物制备发光电化学池(LEC)，利用电容测试等手段研究器件中载流子复合区的位置，优化器件，开发高效和高稳定性的蓝光LEC。同时，本项目选用具有电荷传输能力的树枝状基团和含有富电N原子的配体，提高蓝光离子型铱金属配合物的薄膜发光效率和色纯度。基于合成的配合物制备磷光湿法有机发光二极管(OLED)，优化器件，开发高效和色纯度优异的蓝色磷光湿法OLED。本项目研究将为LEC和湿法OLED的固态照明或平板显示应用打下重要基础。

蓝光离子型铱配合物对于开发高性能有机电致发光器件具有重要作用，但是存在效率和稳定性差的问题。传统的蓝光铱配合物大多采用含氟原子取代的第一配体，而氟原子取代不可避免地降低配合物的热和电化学稳定性。本项目设计合成一系列无氟取代并具有高三线态能级的第一配体，结合使用富电子第二配体，制备一系列无氟取代的蓝光离子型铱配合物，表征其性质，并将其应用于发光电化学池（LEC）和有机发光二极管（OLED）。主要结果如下：i)设计合成了苯基-噁二唑类第一配体，并选用联吡啶或吡啶-吡唑类第二配体，成功获得蓝绿光和天蓝光无氟离子型铱配合物；其中天蓝光配合物发光峰波长位于470 nm；基于配合物制备了蓝绿光LEC。ii) 设计合成了苯基-咪唑类第一配体，并选用吡啶-吡唑类第二配体，制备了一系列蓝绿光离子型铱配合物；配合物发光峰位于490 nm附近; 基于配合物制备了蓝绿光LEC。iii) 设计合成了5-苯基-1H-1,2,4-三唑类第一配体，并选用富电子第二配体，制备了蓝光离子型铱配合物；配合物发光峰波长位于435 和 460 nm附近，是目前报道的最蓝离子型铱配合物之一。iv) 设计合成了基于2-苯基吡啶骨架的第一配体，采用吡啶-吡唑或卡宾类第二配体，制备了天蓝光无氟铱配合物；配合物发光峰位于468 nm附近；设计合成了高富电子性的第二配体以抑制这类配合物的非辐射跃迁，制备了一系列高效的无氟蓝绿光和天蓝光离子型铱配合物；其中天蓝光配合物在掺杂薄膜中的发光峰位于476 nm，量子产率为0.85，激发态寿命为2.3 μs，与传统的含氟蓝光中性铱配合物FIrpic相似；基于该配合物的天蓝光单层OLED的最大电流效率为17.3 cd/A，与FIrpic的性能类似。传统的离子型铱配合物大多采用PF6-, BF4-等惰性小阴离子，而这类小阴离子在电场下容易迁移，降低OLED稳定性。针对该问题，本项目设计合成了两种具有电子传输功能的大阴离子，并以其为抗衡阴离子，组装了复合功能型的蓝光离子型铱配合物。相比于传统的离子铱配合物，所开发的新型离子型铱配合物在OLED中表现出更优异的性能，发光效率提高一倍。