新型Re(I)配合物磷光材料的设计、合成及其光电性能研究

On the base of synthesis on phosphorescent Re(I) complexes and systematically combining chemical and physical methods, we fabricated organic electroluminescent phosphorescent device based on Re(I) complexes by means of vacummn deposition and study the structure-activity relationship among chemical structure, device configuration and luminescent properties. On the one hand, we purposefully synthesize novel Re(I) complexes based on rigid ligand which are characterized by NMR, MS and X-Ray single crystal diffraction analysis.And then we study the structure's influences on their absorption, excitation spectra, PL spectra, thermal stability, phosphorescent lifetime,carrier-tranporting properties,HOMO and LUMO levels.On the other hand, we choose suitable functional materials and then fabricated organic electroluminescent devices by means of vacummn deposition, and subsequently measure their luminescent properties by PR655 spectrometer and Keithley digital source. The microscopic mechanism of structure and properties could be revealed by this study. Our study would further widen the range of choice for organic electrophosphorescent materials, and provides the scientific and practical basis for phosphorescent Re(I) complexes's practical application in organic electroluminescent field.

本课题拟在合成磷光Re(I)配合物的基础上，将化学方法和物理方法有效结合起来，旨在利用真空镀膜技术制备基于Re(I)配合物的有机电致磷光器件，系统研究配合物的化学结构和器件结构与发光性能的构效关系。一方面，有机合成系列基于刚性偶氮配体的Re(I)配合物，利用核磁、质谱、X-射线单晶衍射表征其结构。研究配体的化学结构对Re(I)配合物的吸收光谱、激发光谱、发光光谱、热化学稳定性、磷光寿命、载流子传输性能、HOMO和LUMO能级的影响。另一方面，筛选与Re(I)配合物能级匹配的功能材料，采用真空镀膜技术制备有机电致发光器件。利用PR655分光亮度色度计，结合Keithley数字源表测试器件的发光性能。通过研究构效关系揭示产生影响的微观机理。本课题的研究将进一步拓宽光电功能材料的选择范围，为Re(I)配合物三线态材料在有机电致发光的实际应用提供理论依据和实践基础。

有机电致磷光材料可以同时利用单线态和三线态激子发光，理论内量子效率高达100%，成为近年来OLED领域研究的热点之一。对于中性Re(I)磷光电致发光材料，国内外研究较少，存在许多问题：非常低的光致发光效率（同Ir比，低一甚至两个数量级），发光颜色单一（尤其缺乏深蓝色发光），低的电致发光效率（目前报道的最高EQE只有10%左右）。然而Re(I)配合物具有许多优点：容易合成（反应条件温和，易分离，高收率），短的激发态寿命（通常﹤1 μs）以及特殊的发光性能等。因此，进一步开发Re(I)配合物并研究其在OLED中的应用具有一定价值。首先以刚性结构的4,5-二氮芴为母体进行修饰，合成了一新颖基于4,5-二氮螺芴Re(I)配合物。基于该配合物的非掺杂器件最大亮度8531 cd•m-2，最大电流效率为16.8 cd•A-1，这是基于该类配合物非掺杂器件性能最高的。其次，以具有平面刚性结构的1,10-邻菲啰啉为母体进行修饰，合成了新型1,10-邻菲啰啉并咪唑系列Re(I)配合物。通过双极性刚性配体的引入，大幅度提高了该类配合物的光致发光效率（0.1左右）。基于该系列配合物的的掺杂器件取得了目前国际上报道的最高值：36.5 cd•A-1，28.7lm•W-1，大于10000 cd•m-2。另外，通过刚性噻二唑并入1,10-菲啰啉中，合成大刚性共轭Re(I)配合物，成功实现了Re(I)配合物的颜色调控（黄色→橙红色），有效解决了基于Re(I)配合物的发光器件发光颜色较单一问题。基于该材料的掺杂器件，最大效率为16.8 cd•A-1，EQE：5%。与此同时，基于2-苯基苯并噻唑，开发了一系列新型功能化橙黄色磷光铱配合物，并取得了良好的器件效果，此类材料在构建简单二元白光器件方面具有很大的潜力。通过本项目研究，获得了一些科学性创新研究结果，也为将来的应用奠定了坚实基础。总之，通过本基金的资助，先后发表SCI 国际学术论文7 篇，其中影响因子大于3的2篇，培养硕士研究生3名。