基本信息
- 項目名稱：
- 芴基膦氧電致磷光藍光主體材料：一種獲得高三線態(tài)能級的有效策略
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 近年來，主客體摻雜的有機電致磷光器件（PHOLEDs）由于其高效性得到了廣泛的關注，用于藍光磷光器件的芳香膦氧主體材料成為研究熱點，如何構建新型高效的電致磷光主體材料是一個迫切需要解決的關鍵問題。本研究成果為構建高能隙和均衡載流子傳輸的高效芴基膦氧主體材料提供一種新穎的結構設計策略——間接連接型分子結構，為此類材料的進一步提高性能提供了理論指導和實驗支持。
- 詳細介紹：
- 近年來，主客體摻雜的有機電致磷光器件（PHOLEDs）由于其高效性得到了廣泛的關注，然而在藍光主體材料中高三線態(tài)能級與好的電荷傳輸性能無法同時滿足的矛盾，嚴重阻礙了器件性能的提高。本作品提出一種實現高三線態(tài)能級藍光磷光主體材料的有效策略——間接連接型分子結構，即通過芴的9-位C間接引入芳香膦氧基團。并依據此策略通過傅氏?；５逻~爾及磷酸化反應合成兩種新穎的芴基膦氧藍光磷光主體材料。對其進行高斯模擬，單晶衍射，光物理，電化學及器件性能的測試和研究。 這種分子設計策略有以下特點：1）芴和芳香膦氧通過9位C連接所形成的扭曲結構可以有效地保持芴的三線態(tài)能級，兩種材料的三線態(tài)能級高達2.99 eV。較之前報道的以芳香膦氧基團2,7-位取代芴的主體材料的三線態(tài)能級提高了0.27eV，更有利于能量從主體到客體的傳輸，并為材料的進一步復雜功能化奠定基礎；2）芳香膦氧基團與芴的這種間接連接方式可以更好地極化分子；3）芳香膦氧基團在芴兩側形成的較大位阻有效地減少芴分子間的π-π相互作用，提高材料的熱力學穩(wěn)定性、形態(tài)穩(wěn)定性。以芴基膦氧為主體材料、FIrpic為客體材料制備的藍光磷光器件具有良好的電致發(fā)光性能：啟動電壓低至3 V、效率可達13.8 lm/W和14.6 cd/A，真正實現低壓驅動和低能耗兼?zhèn)涞哪繕恕?
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 藍光磷光主體材料需具有高于磷光染料的三線態(tài)能級及好的載流子注入傳輸性能。芳香膦氧基團由于其獨特結構及極化作用被廣泛應用于藍光主體材料中。然而，現有的芳香膦氧基團都是通過分子長軸直接修飾（芴2，7-位），P=O鍵仍會導致三線態(tài)能級的下降。因而我們提出通過芴的9-位C間接引入芳香膦氧基團的策略，更為有效地保持分子的三線態(tài)能級，利于能量從主體到客體的傳輸，并為材料的進一步復雜功能化修飾奠定基礎。
科學性、先進性及獨特之處
- 本文新穎的分子設計思想，更好地解決了藍光主體材料在保持分子高三線態(tài)能級和良好電荷傳輸性能之間的矛盾。三線態(tài)能級的提高有利于能量從主體到客體的傳輸，并為材料的進一步功能化修飾奠定了基礎。制備的藍光磷光器件具有良好的電致發(fā)光性能：啟動電壓低至3 V、效率可達13.8 lm/W和14.6 cd/A，真正實現了低壓驅動的高效藍光磷光器件。為新型高效電致藍光磷光主體材料的設計合成提供了理論指導和實驗支持。
應用價值和現實意義
- 有機電致發(fā)光（OLED）平板顯示領域作為近年來的新興產業(yè)，技術尚未完全成熟，仍未實現大規(guī)模的產業(yè)化。因而在OLED平板顯示領域我們擁有趕上并超過國際先進水平的機會。通過對材料分子的結構設計，合成新穎的OLED材料；通過研究其結構及器件性能，得出材料結構性能的相關性并為進一步提高器件性能直至達到產業(yè)化標準提供理論基礎。構建OLED新材料，建立獨立的知識產權體系，為我國信息產業(yè)的獨立發(fā)展作出貢獻。
學術論文摘要
- 芳香膦氧基團由于其獨特的打斷共軛及極化特性，使材料具有良好的電荷傳輸性能的同時具有較高的三線態(tài)能級，以其作為藍光磷光主體材料得到廣泛關注。然而，現有的芳香膦氧基團都是通過分子長軸直接修飾（芴2，7-位），P=O鍵仍會導致三線態(tài)能級的下降，因而實現高效藍光芳香膦氧主體材料的關鍵是尋找一種更為合適的連接方式，更好的保持分子的三線態(tài)能級，為更為復雜的功能化奠定基礎。 本作品提出一種實現高三線態(tài)能級藍光磷光主體材料的有效策略——間接連接型分子結構，即通過芴的9-位C間接引入芳香膦氧基團。并依據此策略通過傅氏?；?，桑德邁爾及磷酸化反應合成兩種新穎的芴基膦氧藍光磷光主體材料。對其進行高斯模擬，單晶衍射，光物理，電化學及器件性能的測試和研究。材料的三線態(tài)能級高達2.99eV，以芴基膦氧為主體材料、FIrpic為客體材料制備的藍光磷光器件具有良好的電致發(fā)光性能：啟動電壓低至3 V、效率可達13.8 lm/W和14.6 cd/A，真正實現低壓驅動和低能耗兼?zhèn)涞哪繕恕?
獲獎情況
- 1. 2011年在John Wiley主辦的《歐洲化學》期刊發(fā)表論文一篇（Chemistry-A European Journal, 2011, 17, 2592–2596），SCI收錄，影響因子5.38。 2. 第十屆學生學術科技成果校級一等獎。
鑒定結果
- 無
參考文獻
- a) Chem. Mater. 2006, 18, 2389-2396. d) Chem. Mater. 2009, 21, 1017–1022. c) Adv.funct.mater. 2009, 19, 2834-2843.
同類課題研究水平概述
- 紅色和綠色發(fā)光材料與器件已有很好的性能表現和突破，想要實現全彩色的OLED，最大的挑戰(zhàn)就是藍光器件。對于磷光主客體摻雜的OLED發(fā)光來講，摻雜體的研究已初具規(guī)模，器件效率得不到顯著提高的主要原因在于缺少性能優(yōu)良的磷光藍光主體材料。主客體摻雜體系中，能量無法有效地傳輸，從而影響器件的效率。因而，穩(wěn)定高效的磷光主體材料的研究開發(fā)是藍光OLED商業(yè)化應用亟待解決的問題。 對于藍色磷光主體材料來講，需要具有高于藍光磷光染料的三線態(tài)能級及良好的電荷傳輸性能。然而，在許多材料中，這兩者往往是相矛盾的。對于芴體系，為了保證其高的三線態(tài)能基，通常采用9位取代和打斷共軛兩種方式。 通過SP3雜化的C，在芴的9位引入芳胺及芳香烴類衍生物的修飾，雖然能夠保持芴的三線態(tài)能級在藍光水平，但其弱的電子傳輸性能，直接影響器件效率；而Si類衍生物自身的電惰性，打斷共軛的同時，并不能使電荷達到很好的平衡。芳香膦氧基團獨特的打斷共軛及極化作用，出現以來成為研究的熱點。2006年首次將二苯基膦氧基團引入芴體系中，合成2，7-位取代芴基膦氧藍光主體材料。芴的2,7-位取代的方式屬于長軸修飾，PO基團在打斷共軛的同時，P=O鍵仍會導致三線態(tài)能級的部分下降。雖然如此，該材料仍然實現了2.72 eV的三線態(tài)能級， 8.1%器件效率；2009年通過苯基咔唑，三苯胺基團對這一體系進行簡單的功能化修飾，合成雙極性的芴基芳香膦氧主體材料，器件效率分別高達14.8%和20.6%。 為了更好的保持材料的三線態(tài)能級，我們設計合成通過芴的9-位C間接引入三苯基氧磷基團的主體材料，該材料較通過芴的2，7-位引入芳香膦氧材料的三線態(tài)能級顯著提高了0.27 eV。并通過此類主體材料實現了≈3.0 V的低壓驅動高效藍光磷光器件。高的三線態(tài)能級在保證能量傳輸更加充分的同時，為更為復雜的多功能化修飾留下了更大空間。
