基于1-苯基吡唑和2-苯基吡啶的Ir(Ⅲ)金属配合物的蓝色磷光材料的合成与光电性能研究

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近年来,有机电致发光器件(OLED)作为一种新型的信息显示和固态照明技术获得了快速的发展;无论是照明还是显示,高效率的蓝光材料必不可少,尤其是蓝色磷光材料已成为OLED发展的瓶颈。基于此,本文通过以具有高的蓝光色纯度低温磷光材料三(苯基吡唑)合铱(Ir(ppz)3)和优异的绿光材料三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)3)为研究对象,分别引入辅助配体2-(2-吡啶)苯基咪唑(Hpybi),2-(5-(三氟甲基)-1,2,3-三唑)吡啶(Htfmptz),2-(5-(4-(三氟甲基)苯基)-1,2,3-三唑)吡啶(Htfinpptz),2-(5-(4-氟苯基)-1,2,3-三唑)吡啶(Hfpptz)来调节其发光颜色,以期获得高效率的室温蓝色磷光Ir(Ⅲ)金属配合物。采用X-射线单晶衍射方法确定其分子结构;通过紫外吸收光谱、荧光光谱以及电化学的方法研究了这些Ir(Ⅲ)金属配合物的光物理性能;以所合成的Ir(Ⅲ)金属配合物作为客体材料,掺杂在主体材料4,4’-N,N’-二咔唑基联苯(CBP)中作为发光层制备了一系列磷光有机电致发光器件(PhOLEDs),研究其电致发光特性。Ir(PPy)3是目前性能最好的绿色磷光材料,具有良好的电子注入和传输特性。本文通过引入N,N’-芳香杂环(N^N)的三唑辅助配体,分别制备了四种发射峰相对于Ir(ppy)3蓝移的(ppy)2Ir(N^N)型Ir(Ⅲ)金属配合物:(ppy)2Ir(pybi)、(ppy)2Ir(tfmptz)、(ppy)2Ir(fpptz)和(ppy)2Ir(tfmpptz)。其中(ppy)2Ir(tfmpptz)、(ppy)2Ir(tfmptz)均为三斜晶系,P-1空间群;在紫外光的激发下,这四种Ir(Ⅲ)金属配合物在CH2C12溶液中均具有蓝绿光发射,其发射峰波长由小到大的顺序为(ppy)2Ir(tfmpptz)<(ppy)2Ir(tfmptz)<(ppy)2Ir(fpptz)<(ppy)2Ir(pybi)<Ir(ppy)3,其中(ppy)2Ir(tfmpptz)的发射峰蓝移最明显,最大发光峰波长λmax=482nm,相对于Ir(ppy)3蓝移了34nm;将这四种Ir(Ⅲ)金属配合物掺杂在4,4’-N,N’-二咔唑基联苯(CBP)中制备了结构为ITO/NPB(30nm)/CBP:(ppy)2Ir(N^N)(6%,30nm)/BAlq(10nm)/Alq3(30nm)/LiF(1nm)/Al (100nm)器件,其电流效率由大到小的顺序为(ppy)2Ir(pybi)>(ppy)2Ir(tfmpptz)>(ppy)2Ir(fpptz)>(ppy)2Ir(tfinptz),器件的roll-off现象均不明显。其中基于(ppy)2Ir(pybi)器件的启亮电压较高为8V,当驱动电压为18V时,达到最大亮度8451cd/m2,电流密度为4.03mA/cm2时,器件达到最大电流效率17.6cd/A。Ir(ppz)3在温度77K时,其发射光谱相对于经典的蓝光材料FIrpic蓝移十分明显,遗憾的是该配合物三线态淬灭十分严重,在室温下不发光,没有使用价值。本论文制备了四种以ppz为第一配体、以N,N’-芳香杂环(N^N)为辅助配体的(ppz)2Ir(N^N)型室温磷光材料:(ppz)2Ir(pybi)、(ppz)2Ir(tfmptz)、(ppz)2Ir(fpptz)和(ppz)2Ir(tfmpptz)。其中(ppz)2Ir(tfmpptz)及(ppz)2Ir(tfmptz)为单斜晶系,P2(1)/n空间群。在紫外光的激发下,这类材料在CH2C12溶液中均为蓝光发射,其发射峰波长由小到大的顺序为(ppz)2Ir(tfmptz)<(ppz)2Ir(tfmpptz)<(ppz)2Ir(fpptz)<(ppz)2Ir(pybi),其中(ppz)2Ir(tfmptz)的蓝光色纯度最好,最大光致发射峰波长λmax=474nm;(ppz)2Ir(tfmpptz)、(ppz)2Ir(fpptz)、(ppz)2Ir(tfmptz)和(ppz)2Ir(pybi)的HOMO/LUMO能级分别为6.01/3.22、5.95/3.26、6.59/3.26和5.92/3.32eV;将这四种Ir(Ⅲ)金属配合物掺杂在CBP中制备了结构为ITO/NPB(30nm)/CBP:(ppz)2Ir(N^N)(6%,30nm)/BAlq(10nm)/Alq3(30nm)/LiF(1nm)/Al (100nm)器件,其中以(ppz)2Ir(tfmpptz)为掺杂剂的器件的最大电致发光峰波长λmax=480nm,最大电流效率(ηc)为6.0cd/A,电流密度为100mA/cm2时,ηc=5.7cd/A,效率滚降(roll-off)现象不明显,最大亮度为20033cd/m2。在上述实验的基础上,探讨了分子结构与光物理、电化学性能之间的关系。实验结果表明,辅助配体的较大空间位阻有效地克服了PhOLEDs效率滚降的现象。
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