双极特性和高三重态能级兼备的高效芳香膦氧主体材料及其电致磷光器件

具有高激发态能级和良好载流子注入传输能力的主体材料是电致磷光显示和照明器件真正走向应用的关键环节。本项目旨在设计合成具有双极特性和高三重态能级的芳香膦氧化合物主体材料。利用膦氧取代基团能够有效极化分子而不改变分子共轭长度的特点，以苯醚、二苯并呋喃、二苯并噻吩、四苯基甲烷、四苯基硅、咔唑、芴等共轭生色团为模板设计制备具有高三重态能级的电致磷光主体材料。同时，通过引入咔唑、芳香胺等空穴传输基团与具有电子传输特性的二苯基膦氧基团相配合，调节材料的载流子注入和传输性能。分子结构以多重共轭打断型、间接连接型和邻位连接型等为主，以抑制功能性修饰导致的激发态能级降低等问题，进而通过改变取代基的类型、数量和修饰位置对材料激发态能级进行调控。从而实现空穴传输基团、电子传输基团和高激发态能级发色团相整合的、兼具双极特性和高激发态能级的高效电致磷光主体材料。

高能隙和电学性质优异的主体材料缺乏是制约蓝光电致磷光器件性能提升的主要瓶颈之一。高三重态能级与良好载流子注入传输能力这一对矛盾的本质是单重态激发态与前线轨道之间的关联和三重态能量必然低于单重态激发态能量这一基本规律。有机半导体分子光电功能的选择性调控为解决这些固有矛盾提供了一条可行的途径。本项目设计合成了三类四个系列芳香膦氧主体材料。利用前期研究开发的短轴修饰、间接连接和多重共轭打断策略，成功构建了一批二元、三元和四元高能隙和双极特性兼备的高效电致磷光蓝光主体材料。研究结果表明，通过短轴修饰和间位连接混合修饰策略构建的双极性三元芳香膦氧主体材料，在降低单重态激发态能级的同时，完全不影响分子的三重态能级，成功证明分子激发态能级是可以独立调节的。通过多重共轭打断策略有目的地调节三元主体分子的三重态定域位置，从而在降低单重态激发态能级的同时提高三重态激发态能级，实现主体材料电学和光学性能的双正向调控。通过间接连接策略有效抑制电子给受体和生色团之间的相互影响，使各基团独立体现各自功能、互不干扰。实现了对三元主体材料分子空穴注入传输能力的单一性增强。并利用邻位修饰的硫-磷长程反馈键作用，在不改变母体光学性质和空穴注入能力的基础上，成功实现了对主体材料电子注入传输能力的单一性增强。进而，利用选择性调控策略，成功证明了载流子传输能力的平衡比单纯增加三重态能级更有利于提高器件效率、低能隙主体材料前线轨道能级变化对客体俘获激子的促进作用及其对应的器件效率提升和主体分子内激子极化子猝灭效应等电致磷光过程中的关键物理过程及其优化手段。据此获得了一批具有低启动电压（<3 V）、高亮度(> 10000 cd m-2)、高效率(>15%)和高器件稳定性的电致磷光蓝光和白光器件，器件性能达到了国际一流水平。本项目的研究丰富了高能隙芳香膦氧主体的分子设计思想及其光电性能的选择性调控策略，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意义。