基于烯胺酮及其硼配合物的有机发光材料的合成及性能研究

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烯胺酮及其硼配合物具有合成与化学修饰方便,发光行为易于调控、稳定性好等优点,并可以通过四配位硼配合物的形成有效地增强分子刚性和拉电子能力,进而作为受体单元构造热活化延迟荧光(TADF)材料。然而目前烯胺酮及其硼配合物种类较少,固态发光效率偏低,特别是作为TADF受体单元的应用,远远少于三配位硼配合物。本论文通过调控烯胺酮及其硼配合物的分子结构和分子间相互作用,提高了它们的固态发光效率,并发展了基于烯胺酮硼配合物受体的红光TADF材料。主要工作内容如下:1、利用温和高效的aza-Michael加成反应,分别得到反式与顺式烯胺酮荧光分子,并通过引入溴原子取代基调控其发光性质。三个含不同数目溴原子取代基的反式烯胺酮荧光分子TE,BrTE,Br3TE都具有聚集诱导发光(AIE)行为。其中含一个溴原子的BrTE分子获得了两种晶型:BrTE-B与BrTE-G。存在卤键的BrTE-G晶体由于更多的分子间相互作用使得分子处于更刚性的环境中,其发光效率(9.6%)比不存在卤键的BrTE-B晶体(1.4%)以及不含溴原子的TE(2.1%)更高,而含三个溴原子的Br3TE发光效率最高(12.5%)。两个具有分子内氢键结构的顺式烯胺酮小分子BrE与HE,它们不具有典型AIE分子的扭曲或螺旋的分子结构,反而是全平面型分子结构,但却均表现出明显的AIE行为。特别是含溴原子的BrE晶体由于Br…Br卤键等分子间相互作用的存在,分子排列更加紧密,抑制了非辐射过程,提高了辐射跃迁速率,晶态发光效率达到18.1%,较不含溴原子的HE晶体的发光效率(1.8%)有了极大提高。2、利用顺式烯胺酮作为配体与硼的络合反应,合成了一系列烯胺酮硼配合物,并研究了取代基对发光行为的影响。通过硼上取代基的改变(氟、苯基、五氟苯基)得到基于HE配体的三个硼配合物BF,BPH,BPF5,发现三者均具有比HE更高的晶态发光效率(32.3%,13.6%和35.6%),特别是具有氟和五氟苯基取代的BF与BPF5,烯胺酮硼络合环刚性更高,同时伴随着分子间C-H…F氢键的形成,表现出比BPH更高的晶态发光效率。通过在烯胺酮氟硼配合物BF两端分别引入推拉电子能力不同的取代基(二甲胺基苯、甲氧基、氰基、硝基),可以有效调控分子的光物理行为。其中,在B-O侧引入二甲胺基的分子NMe2-BF有利于形成醌式结构,增强分子刚性,在单分子状态表现出窄半峰宽的绿色荧光发射(溶液态:发光效率为89.3%,半峰宽为50 nm;掺杂膜:发光效率为98.6%,半峰宽为55 nm),不过在晶态下由于π-π堆积的存在,发光效率下降至21%,半峰宽增加到92 nm;而在B-N侧引入二甲胺基的分子BF-NMe2,发射光谱比NMe2-BF红移超过80 nm,在晶态下发射峰甚至红移至640nm,呈现纯红光发射。3、采用烯胺酮硼配合物为受体单元,以9,9-二甲基吖啶(DMAC)为给体单元,合成了一系列可溶液加工的给体-受体(D-A)扭曲结构的橙红光及红光TADF分子。通过改变给体单元在烯胺酮硼配合物上的链接位置制备了DMAC-BF与BF-DMAC两个TADF分子,将给体连接在B-O侧的DMAC-BF由于分子刚性更强,掺杂膜发光效率达到52%,而将给体连接在B-N侧的BF-DMAC的发光效率仅为29%。基于DMAC-BF的橙红光电致发光器件最大EQE为11.3%,电致发光峰位于598 nm。通过将烯胺酮硼配合物受体结构中的硼原子取代基由氟改变为五氟苯,并进一步在烯胺酮结构中引入氰基,合成了DMAC-BPF5 和 DMAC-BPF5-CN 两个红光 TADF 分子。相对于 DMAC-BF,DMAC-BPF5 和 DMAC-BPF5-CN 的 △EsT 由 0.22 eV 下降到了 0.09 和 0.07 eV,延迟荧光寿命由164μs缩短到了 1.75和0.98μs,电致发光峰由598nm红移到了622和643 nm,红光电致发光器件的最大外量子产率分别达到12.5%和6.8%。
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