高效磷光四齿Pt(II)配合物的设计、合成及性能研究

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有机发光二极管(OLED)以其自发光、响应快、超轻超薄、宽色域、广视角和柔性等独特的优点,在新一代照明及显示器件中拥有广泛的应用前景。当然,所有这些应用的一个重要前提是可以制备出高效、长寿命的发光器件。发光材料是有机发光器件中最为关键的功能材料,一直是研究的热点。开发新型稳定、高效的发光材料,再设计与之相匹配的各功能层材料(主体材料、电荷注入及传输材料以及电极材料等)是目前OLED材料研发过程中的常用思路。对于传统的荧光发光材料而言,固然其器件寿命很可观,但限于其固有的发光机制(仅利用单线态激子发光),其最大外量子效率(EQE)均在5%以下。对于近些年新兴的热活化延迟荧光(TADF)材料而言,虽然其激子利用率能接近100%,但由于器件发光的色纯度不够以及器件效率滚降较大等问题仍有待改善,因此离实际应用仍有较长距离。重金属(Ir、Pt、Os等)配合物磷光材料通常被认为是目前最有商业化前景的发光材料。值得注意的是,对于抑制分子的振动及转动,提高分子磷光量子产率而言,四齿Pt(Ⅱ)配合物刚性分子骨架有明显优势。因此,本文的研究重点在于高效四齿Pt(Ⅱ)配合物的开发。希望通过简单合理的分子结构设计改善材料的发光性能,提高OLED器件的效率。  1. 设计合成了以Pt(N^C^C^N)为配位方式的四齿配合物ZPt1,ZPt2和ZPt3。通过在分子中引入刚性吡唑并[1,5-f]菲啶基团,三个配合物材料都具有很好的热稳定性(均高于440℃)和较高的量子产率(ZPt1:0.70;ZPt2:0.24;ZPt3:0.34)。另外,不同的基元之间通过醚键连接也起到了很好的调节发光光谱的作用。基于配合物ZPt1,ZPt2和ZPt3的OLED在蓝色至黄绿色的光谱区表现出强烈的电致发光。基于这三个Pt(Ⅱ)配合物的OLED器件都取得了较高的器件效率。其中ZPt1的器件效率最优,其最大电流效率(CE),功率效率(PE)和EQE分别为58.0 cd A-1,51.6 lm W-1和16.4%,同时器件的开启电压小于3.8 V。值得一提的是,所有材料均表现出了较好的光谱稳定性,不同电流密度下的电致发光光谱基本保持一致。  2. 设计合成了以Pt(N^C^N^O)为配位方式的四齿配合物1,2,3和4。N^C^N^O四齿配体对应的是氮杂芳环/咔唑/吡啶羧酸结构,对于配合物1,2,3和4来说氮杂芳环分别是吡啶,喹啉,3-异喹啉和1-异喹啉,根据氮杂配体共轭程度和吸电子能力的不同我们系统地研究了对应Pt(Ⅱ)配合物的各项性质变化。根据配合物的热重分析结果得知材料的热分解温度差别不大,配合物1,2,3和4的热分解温度分别为429℃,420℃,463℃和432℃,满足器件热蒸镀的条件。在此基础上我们将材料作为发光客体制备OLED器件。对比电致发光光谱,从短波长到长波长的顺序依次是:3(黄色),1(橙黄色),2(红色),4(深红色)。以配合物1为掺杂的PHOLED效率最优,其最大CE,PE和EQE分别为35.0 cd A-1, 27.9 lm W-1和12.6%,最大亮度达到6504 cd m-2。其中,配合物4是一个高饱和度的红光材料,CIE坐标为(0.72, 0.28),可以很好地满足高品质OLED显示对红光的要求。
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