以2,3-二氰基喹喔啉为电子受体基团的深红色荧光材料

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linxiong12
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红光材料在光电领域、生物成像和荧光探针等领域中具有重要的应用,而有机红色荧光材料具有分子结构灵活易调控和价格低廉等优点而成为研究的热点。但是具有高发光效率和深红光发射的有机红色荧光材料较为缺乏,主要的原因是深红光材料具有窄的带隙,激发态与基态的振动波函数重叠增大,导致激发态的非辐射跃迁增强,发光效率降低。为了解决这一问题,本文设计合成了不同的给受体(D-A)型分子,通过调整电子给体(Electron Donor,D)基团,来获得具有较高发光效率的深红色荧光材料。本文通过在喹喔啉基团引入两个强吸电子的氰基,设计合成了一种电子受体基团(Electron Acceptor,A),即2,3-二氰基喹喔啉(QxDC),该基团具有强的吸电子能力,保证了荧光材料具有低的最低未占据分子轨道(Lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)能级,选用QxDC基团作为A基团有利于获得深红色荧光材料。为此,本论文基于QxDC的A基团,分别选择具有不同空间构型和给电子能力的D基团,即苯基咔唑和三苯胺(TPA),设计合成了基于扭曲D-A结构的深红色荧光材料,探讨了材料分子结构与材料发光特性间的关系与规律。本论文的具体研究内容如下:(1)以QxDC作为A基团,苯基咔唑为D基团,通过改变D基团中的咔唑和苯环的连接位点,设计合成了具有扭曲D-A结构的红色荧光材料,即4-Cz-Ph-QxDC和3-Cz-Ph-QxDC。在4-Cz-Ph-QxDC薄膜和3-Cz-Ph-QxDC薄膜的光致发光(Photoluminescence,PL)光谱中,最大发射波长分别位于620 nm和595 nm处,薄膜的荧光量子产率(photoluminescent quantum yield,ηPL)分别为29.20%和14.10%,实现了较高发光效率的红光发射。理论计算和溶剂化效应测试结果表明,4-Cz-Ph-QxDC和3-Cz-Ph-QxDC具有电荷转移(Charge Transfer,CT)态特性。分别以这两种材料作为发光层制备了红光OLED器件,其中以3-Cz-Ph-QxDC作为发光层的红光OLED器件性能较佳,器件的电致发光(Electroluminescence,EL)光谱的发光峰为600 nm,器件的色坐标(Commission International de I’Eclairage,CIE)为(0.55,0.44),器件的最大外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)为4.04%。本部分实验表明,以QxDC作为A基团构筑D-A结构分子,有利于降低分子的LUMO能级,有利于窄化发光带隙,从而实现红光发射。同时,选择苯基咔唑作为D基团,实现了具有较高发光效率的红光器件,但是发射波长较短,仅为600 nm。(2)为了实现深红色荧光发射,以QxDC作为A基团,选用给电子能力更强的三苯胺(TPA)基团作为D基团,设计并合成了具有扭曲D-A结构的两种深红色荧光材料,即6-TPA-QxDC和5-TPA-QxDC。在薄膜状态下,6-TPA-QxDC和5-TPA-QxDC均表现出深红光发射,发射波长分别位于755 nm和808 nm处,薄膜的ηPL分别为5.95%和2.19%。理论计算和溶剂化效应测试结果表明,6-TPA-QxDC和5-TPA-QxDC具有明显的CT态特征。分别以这两种材料作为发光层,制备了红光OLED器件,实现了深红光发射,其中以6-TPA-QxDC为发光层的深红光器件性能较佳,其器件的EL光谱的发射峰为676 nm,CIE坐标为(0.66,0.33),最大EQE为1.13%。本部分实验中,通过增强D基团的给电子能力,进一步增强了D-A之间的CT态特性,有利于实现材料发光光谱的红移,实现了深红光发射。(3)在上部分的实验中,实现了深红色荧光发射,但器件的EQE较低。基于此,为了进一步提高器件的效率,以QxDC作为A基团,TPA作为D基团,通过构建具有对称扭曲D-A-D结构的荧光分子,引入两个TPA基团,设计合成了深红色荧光材料o-QxDC-DTPA。在薄膜中,o-QxDC-DTPA的PL光谱中的最大发射峰位于729 nm处,表现为深红光发射,薄膜的ηPL为1.35%。理论计算和溶剂化效应测试结果表明,o-QxDC-DTPA具有明显的CT态特征。以o-QxDC-DTPA作为发光层制备了深红光OLED器件,具有较优良的器件性能,其器件的EL光谱的最大发射峰为680 nm,CIE坐标为(0.70,0.30),最大EQE为5.21%,实现了深红光发射与高EQE的有效平衡。根据本部分的工作,可以看出,引入两个D基团后,生色团的数量增加,有利于材料发光效率的提高;同时,相比于D-A结构,对称的D-A-D结构能够有效改善分子内偶极矩不平衡的问题,有利于获得具有高发光效率的红光OLED。
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