高性能蓝色磷光主体材料的设计、合成及器件性能研究

由于有机电致发光（OLED）材料在显示和固态照明方面具有巨大的应用前景, 长期以来受到人们的广泛关注。然而，与其他材料相比较，蓝色磷光主体材料的缺乏已严重制约了OLED研究与产业化的发展，亟待发展高效的蓝色磷光主体材料。由于蓝色磷光掺杂材料本身的能隙较大，设计合成有较高三重态能级的主体材料是一个很大的挑战。本项目拟针对有机电致发光材料中至今未解决的难点问题，利用光化学、光物理基本原理，结合器件物理及结构的基本知识，设计、制备具有新型结构的蓝色磷光主体材料，并对其器件性能进行详细的研究，了解材料分子结构与性能的关系，为更有效地设计该类材料提供必要的理论指导，同时，也将为解决白光OLED器件中的关键科学问题做出贡献。

蓝色磷光器件是限制白光器件效率提高的瓶颈，这主要是缺乏高能隙、高三线态能级、合适能级的蓝光主体材料，因此设计合成高效蓝色磷光主体材料对于高效白光OLED的发展具有十分重要的意义。硫杂蒽酮单元和氰基取代吡啶单元具有较高的三线态能级和合适的HOMO/LUMO能级，可实现有效的电荷注入，满足蓝光主体材料的要求。本项目以硫杂蒽酮单元和氰基取代吡啶作为核，设计合成了一系列有机电致发光材料、电子传输材料和主体材料，并系统研究了材料在器件方面的应用。首先，我们以硫杂蒽酮单元为核，设计合成了一系列基于硫杂蒽酮单元的具有较小三线态-单线态能隙的电致发光材料，利用稳态/瞬态光谱手段研究了材料的光物理特性，证实该类化合物具有有效的反向系间穿越（三线态到单线态），具有优异的热激活延迟荧光特性。基于具有热激活延迟荧光特性的硫杂蒽酮类发光材料构筑了器件，器件显示出优异的性能。其次，我们基于硫杂蒽酮单元首次设计合成了具有热激活延迟荧光特性的磷光主体材料，将该材料用于黄色和红色磷光材料的主体材料，器件显示出较优异的性能。主体材料的有效的反向系间穿越，有效降低了主体/客体上三线态激子的浓度，显著降低了磷光器件的效率滚降问题。再次，设计合成了一系列氰基取代吡啶衍生物，系统研究了分子结构与材料光学性质、热性质、电学性质、传输性质和电致发光器件性能的相关性。设计合成一些列高电子迁移率、高热稳定性的氰基取代吡啶衍生物，用于有机太阳能电池的激子阻挡层，有效提高了有机太阳能器件的光电转换效率和寿命，通过构效关系的研究为设计新型激子阻挡材料的设计奠定了基础。通过本项目的研究，初步了解了硫杂蒽酮的热激活延迟荧光材料的基本设计思路，对材料结构与单线态-三线态能隙，光物理特性的系统研究，为更有效的设计热激活延迟荧光材料提供必要的理论指导，为进一步设计合成具有使用价值的热激活延迟荧光材料及其器件奠定基础。初步理解了氰基取代吡啶衍生物的构效关系，为设计新型氰基取代吡啶衍生物及其在有机电致发光器件和有机太阳能电池方面的应用打下基础。依托本项目已发表SCI论文7篇，待发表文章4篇；培养博士研究生3名。