高能隙芳香膦氧电子传输材料

The lack of high energy-gap electron transporting materials is one of the bottleneck problems impeding the performance improvement of organic electrophosphorescence, which is the reflection of the original scientific question as how to harmonize the contridiction between carrier transporting properties and high triplet excited enerngy levels. In this project, aryl phosphine oxide compounds are chosen as the objects, in which phosphine oxide groups can effectively polarize the molecule without influencing its triplet energy levels. The heterocyclic moieties with high triplet energy levels and electron affinity are used as skelecton, whose electron injecting/transporting abilities are further enhanced by the inductive effect of P=O bonds at the same time of conjugation extension by diphenylphosphine oxide moieties, resulting in the high energy-gap phosphine oxide electron-transporting materials. The energy levels of frontier molecular orbitals and excited state distributions are finely tuned through the variation of the number and substitution position of the phosphine oxide groups for the systematic study of the correlation between molecular configuration, optoelectronic characteristics and device performance with the aim to achieve the highly efficient electron transporting materials with both of the excellent electron injecting/transporting ability and the high triplet energy levels and consequentially form the key material systems with special characteristics and intellectual properties in the field of highly efficient electrophosphorescent panel displays and solid state lighting.

缺乏高能隙电子传输材料是一直以来阻碍电致磷光器件性能提升的瓶颈课题之一，是"如何协调载流子传输性能与高三重态激发态能级之间矛盾"这一基本科学问题的集中体现。本项目以芳香膦氧化合物为主要研究对象，利用膦氧基团能够有效极化分子而基本不影响三重态激发态能级的特点，选择具有高激发态能级和电子亲和势的杂环基团为骨架，引入二苯基氧膦基团扩展其共轭的同时，通过磷氧键的诱导效应进一步增强电子注入传输能力，形成具有高三重态激发态能级的芳香膦氧电子传输材料。通过改变膦氧基团的数目和取代位置对分子的前线轨道能级和激发态分布进行细致调节，系统研究分子结构与材料光电特性和器件性能之间的相互关联，从而实现"优异电子注入传输能力和高激发态能级兼备"的高效电致磷光电子传输材料，在高效电致磷光平板显示和照明领域形成具有自身特色和自主知识产权的关键材料体系。

高能隙电子传输材料的缺乏是一直阻碍电致发光器件性能提升的瓶颈课题之一，是“如何协调载流子传输性能与高三重态激发态能级之间矛盾”这一基本科学问题的集中体现。本项目以芳香膦氧基团为主要修饰手段，利用膦氧基团能够有效极化分子而基本不影响三重态激发态能级的特点，选择具有高激发态能级和电子亲和势的杂环基团为骨架，引入二苯基氧膦基团扩展其共轭的同时，通过磷氧键的诱导效应和位阻效应进一步增强电子注入传输能力和界面作用，形成具有高三重态激发态能级的芳香膦氧电子传输材料。通过改变膦氧基团的数目和取代位置对分子的前线轨道能级和激发态分布进行细致调节，系统研究分子结构与材料光电特性和器件性能之间的相互关联。成功开发了“优异电子注入传输能力和高激发态能级兼备”的高效电致磷光电子传输材料，形成了具有自身特色和自主知识产权的关键材料体系。研究结果表明，通过合理的基团组合对分子内电子效应的调制，膦氧电子传输材料可以获得低至-3.46 eV的最低未被占轨道能级，实现高达10-4 cm2 V-1 s-1的电子迁移率，均为高能隙电子传输材料已报道的最高值。所制备的典型蓝光磷光器件（以mCP为主体、FIrpic为客体）具有超低驱动电压和良好的外量子效率（最高达23%），其启亮电压与常用电子传输材料TmPyPB的同型器件降低达1.0 V。同时，我们提出“电荷激子分离策略”抑制发光层和电子传输层界面处的激子极化子猝灭效应。其中，膦氧基团的阻隔效应起到了抑制猝灭的关键作用。这一策略同样成功应用到了热激发延迟荧光电子传输材料上，成功改善了激子猝灭效应，并简化了器件结构。本项目研究丰富了高能隙芳香膦氧电子传输材料的分子设计思想及性能调控策略，对形成具有独具特色的具有自主知识产权的高性能电致发光材料体系具有重要的理论和实际意义。