一种绿色磷光铱配合物的合成_表征及发光性质
室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性
[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2012,28(7),1593-1598July Received:December 22,2011;Revised:March 31,2012;Published on Web:April 18,2012.∗Corresponding authors.HAO Yu-Ying,Email:hyy_123991@;Tel/Fax:+86-351-6010311.XU Hui-Xia,Email:xuhuixia0824@;Tel/Fax:+86-351-6010311.The project was supported by the National Natural Scinace Foudation of China (21071108,60976018,21101111,51002102),Program forChangjiang Scholar and Innovative Research Team in University of Ministry of Education of China (IRT 0972),and Natural Science Foundation of Shanxi Province,China (200811008,2010021023-2).国家自然科学基金(21071108,60976018,21101111,51002102),教育部长江学者与创新团队发展项目(IRT0972)及山西省自然科学基金(2008011008,2010021023-2)资助ⒸEditorial office of Acta Physico-Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB 201204181室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性岳岩1许慧侠2,*郝玉英1,2,*解晓东1屈丽桃1王华2许并社2(1太原理工大学物理与光电工程学院,太原030024;2太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原030024)摘要:以2-苯基吡啶（ppy ）为主配体,2-(2-吡啶)苯并咪唑(pybiH)为辅助配体合成了一种室温蓝绿色磷光发射材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)((ppy)2Ir(pybi)),通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱、核磁共振氢谱(1H NMR)、质谱(MS)、元素分析对其结构进行了表征.利用紫外-可见吸收光谱、荧光激发和发射光谱、循环伏安曲线,结合含时密度泛函理论(TD-DFT)模拟计算研究了(ppy)2Ir(pybi)的光物理特性及能级结构,并研究了其电致发光性能.(ppy)2Ir(pybi)的紫外吸收峰分别位于250,295,346和442nm,与理论模拟计算吻合得很好;(ppy)2Ir(pybi)为蓝绿光发射,发光峰分别位于495和518nm;(ppy)2Ir(pybi)的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级分别为-6.11和-3.43eV,光学带隙为2.68eV;以(ppy)2Ir(pybi)为掺杂剂,4,4ʹ-N ,N ʹ-二咔唑基联苯(CBP)为主体材料,制备电致磷光器件,电致发射峰位于508nm,最大亮度为8451cd ·m -2,最大电流效率为17.6cd ·A -1.这些研究为(ppy)2Ir(pybi)在有机电致发光领域的应用提供实验依据.关键词:磷光发射材料;2-苯基吡啶;2-(2-吡啶)苯并咪唑;光电特性;分子轨道中图分类号:O641Synthesis and Photoelectrical Properties of Room-TemperaturePhosphorescent (ppy)2Ir(pybi)ComplexYUE Yan 1XU Hui-Xia 2,*HAO Yu-Ying 1,2,*XIE Xiao-Dong 1QU Li-Tao 1WANG Hua 2XU Bing-She 2(1College of Physics and Optoelectronics,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,P .R.China ;2Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials,Ministry of Education,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,P .R.China )Abstract:A blue-green emitter of iridium(III)complex (ppy)2Ir(pybi),has been synthesized (ppy=2-phenyridine and pybi=2-(2-pyridyl)benzimdazole)and its structure was characterized by Fourier transform infrared (FT-IR)spectroscopy,proton nuclear magnetic resonance (1H NMR),mass spectroscopy (MS),and elemental analysis.Its photophysical properties and energy-level structure were studied by UV-Vis absorption,excitation and emission spectroscopy,and cyclic voltammetry combining time-dependent density functional theory (TD-DFT).The electrophosphorescent performance of (ppy)2Ir(pybi)was characterized by using 4,4ʹ-bis(9-carbazolyl)-1,1ʹ-biphenyl (CBP)as host.The results indicated that the UV-Vis absorption bands were located at 250,295,346,and 442nm,which were in good agreement1593Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28with the TD-DFT simulation results.The blue-green phosphorescent emission was observed with peaks at495,518nm in CH2Cl2solution at room temperature.The highest occupied molecular orbital(HOMO),the lowest unoccupied molecular orbital(LUMO)energy levels and optical gap were-6.11,-3.43,and2.68eV,respectively.Theoretical calculation revealed that the HOMO for(ppy)2Ir(pybi)was mainly distributedon the ppy ligand and the iridium ion,whereas the LUMO was centered mainly on the pybi ligand.The device based on the system of(ppy)2Ir(pybi)doped into CBP has an electroluminescence(EL)spectrumwith a peak wavelength of508nm,a maximum luminance of8451cd·m-2,and a maximum current efficiency of17.6cd·A-1.These investigations will provide an important experimental basis for the application of(ppy)2Ir(pybi)in the organic electroluminescent field.Key Words:Phosphorescent emitting material;2-Phenylpyridine;2-(2-Pyridyl)benzimdazole;Photoelectrical property;Molecular orbital1引言1998年,吉林大学的马於光教授课题组1最早制备出过渡金属配合物磷光材料Os(CN)2(PPh3)2BPy,并将其掺杂到聚乙烯咔唑(PVK)中得到了聚合物电致磷光器件.由于重金属有强烈的自旋-轨道耦合,使得磷光材料能够实现单线态到三线态的系间窜越.理论上磷光材料内量子效率可达100%,其发光效率比荧光材料提高三倍,2因此开发高效率的磷光材料成为许多研究者关注的热点.在众多的重金属配合物中,金属Ir(III)的配合物具有较优的发光特性.3-7在三基色磷光材料中,红、绿光材料已基本能够满足制备高效率磷光有机电致发光器件(PhOLED)的要求,而蓝光材料由于具有较宽的带隙,还面临重大的挑战.8-10含N,Nʹ-芳香杂环(N^N)配体的铱金属配合物,N^N配体属于强场配体,分子最低占据轨道(LUMO)以及其发射态通常由N^N配体控制,通过调节N^N配体,可以调控金属Ir(III)到配体的电荷转移跃迁(MLCT)能量,使Ir(III)的e g与t2g的分裂程度加大,造成t2g与环金属配体的π*带隙变大,光谱蓝移.11因此制备含N^N配体的铱金属配合物是蓝光发射材料的新发展方向.台湾清华大学的Cheng 教授12以N^N配体基Ir(III)金属配合物作为发光材料,获得了具有较高蓝光色纯度的PhOLED器件.基于此,本文采用N^N配体2-(2-吡啶)苯并咪唑(pybiH)代替Ir(ppy)3中的C^N配体制备了二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)(ppy)2Ir(pybi),实现了N^N配体对配合物发光颜色的调节.本文对它的分子结构、能带结构、光物理以及电致发光性能进行了详细的研究,为其在有机电致发光领域的应用提供重要的实验依据.2实验2.1试剂邻苯二胺和吡啶甲酸均为百灵威科技有限公司产品,纯度为99%;三水三氯化铱,上海久岭化工有限公司,纯度为99.9%;2-苯基吡啶,梯希爱化成工业发展有限发展有限公司,纯度为98%;其它试剂均为市售分析纯.2.2仪器和测试方法核磁共振氢谱(1H NMR)使用瑞士Bruker DR×600(600MHz)型核磁共振谱仪,四甲基硅烷为内标,二甲基甲酰胺(DMSO)为溶剂;使用Nicolet 7199B型FT-IR光谱仪测定红外光谱,样品用KBr压片;用德国Vario EL元素分析仪进行C、H、N含量分析;用Bruker Daltonics BIFLEX III型MALDI-TOF 质谱仪进行分子量分析;使用美国PE公司Lambda Bio40紫外-可见光谱仪测试紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱,产物溶解在二氯甲烷中,浓度为3×10-5 mol·L-1;使用美国Cary Eclipse荧光分光光度计测试荧光激发和发射光谱,产物溶解在CH2Cl2中进行测试;使用荷兰Autolab/PG STAT302电化学测试仪测试循环伏安曲线,对电极采用铂电极,参比电极用222型甘汞电极,工作电极采用铂丝,四丁基高氯酸铵作为支持电解液.2.3器件制备及性能测试利用真空热蒸镀的方法制备PhOLED,在经过预处理过的氧化铟锡(ITO)玻璃上依次沉积各功能层,真空度小于5×10-4Pa;器件结构为ITO/NPB(30 nm)/CBP:(ppy)2Ir(pybi)(6%,30nm)/BAlq(10nm)/ Alq3(30m)/LiF(1nm)/Al(100nm),其中8-羟基喹啉铝(Alq3)为电子传输层,二-(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-联苯酚铝(BAlq)为空穴阻挡层,N,Nʹ-二苯基-N,Nʹ-二(1-萘基)-1,1ʹ-联苯-4,4ʹ-二胺(NPB)为空穴传输层,1594岳岩等:室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性No.7(ppy)2Ir(pybi)掺杂CBP 作为发光层,掺杂的质量分数为6%.使用美国SpectraScan PR655型光谱辐射仪测试器件电致发光光谱;利用ST-900M 型光度计及Keithley 2400数字源表测量器件的亮度(L )-电压(V )-电流密度(J )曲线;器件有效发光面积为3mm×3mm,所有测试均在室温下进行.2.4计算方法采用Gaussian 03软件,13利用密度泛函理论(DFT)水平下的B3LYP 方法优化配合物基态的几何结构,TD-DFT 方法计算吸收光谱,并考虑CH 2Cl 2的溶剂效应.Ir 原子采用LANL2DZ 基组,对C 、H 、O 、N 原子采用6-31G*基组.14,15以基态优化后的稳定构型为基础,进行单激发组态相互作用(CIS)16计算,得到最低能三重激发态的几何结构,CIS 优化后由TD-DFT 方法计算发射光谱.2.5(ppy)2Ir(pybi)的合成将10mmol 邻苯二胺和10.5mmol 吡啶甲酸,10mL 多聚磷酸(PPA)高温反应6h,冷却至室温,倒入50mL 去离子水中,用10mol ·L -1的NaOH 中和溶液,得到黄色沉淀,用甲醇重结晶,得白色固体2-(2-吡啶)苯并咪唑(pybiH).17将0.85mmol 三水三氯化铱,2.13mmol 的2-苯基吡啶,18mL 的2-乙氧基乙醇和6mL 去离子水,在氮气保护下,回流反应24h,冷却至室温,加入等量去离子水过滤,用水、乙醇、正己烷洗涤,得黄色固体(ppy)2Ir(μ-Cl)2Ir(ppy)2.将0.8mmol 的(ppy)2Ir(μ-Cl)2Ir(ppy)2,2.0mmol 的pybiH,85mg 的无水碳酸钠以及25mL 的2-乙氧基乙醇在氮气保护下回流反应12h,冷却至室温,加入去离子水,过滤,用甲醇/氯仿柱层析纯化,得黄色固体(ppy)2Ir(pybi).反应流程如图1所示.2.6分子结构表征2-(2-吡啶)苯并咪唑(pybiH):1H NMR (600MHz,DMSO):δ13.09(1H,s),8.74(1H,J =4.80Hz,d),8.33(1H,J =7.80Hz,J =0.60Hz,dd),8.01(1H,J =7.80Hz,J =1.80Hz,dt),7.71(1H,J =2.40Hz,d),7.52-7.55(2H,m),7.26-7.20(2H,m).FT-IR (KBr):3322,3245,3054,1593,1492,1417,1319,1259,1130,1037,840,798,734,522,468cm -1.二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱((ppy)2Ir(pybi)):1H NMR (600MHz,DMSO):δ8.39(1H,J =8.40Hz,d),8.19(1H,J =7.80Hz,d),8.15(1H,J =7.80Hz,d),8.06(1H,s),7.88(2H,J =8.40Hz,dt),7.84(1H,J =8.40Hz,t),7.80(1H,J =8.40Hz,t),7.70(1H,J =5.40Hz,d),7.66(1H,J =5.40Hz,dd),7.52(2H,t),7.40(1H,s),7.11(1H,J =7.20Hz,dt),7.08(1H,J =7.20Hz,dt),7.01(1H,dt),6.97(1H,dt),6.93(1H,s),6.88(1H,dt),6.86(1H,dt),6.61(1H,s),6.33(2H,J =8.40Hz,t),6.01(1H,J =7.20Hz,d).MALDI-TOF m /z :[MH +]计算得C 34H 24IrN 5(%),695.17;实验值(%):696.1;计算分析得到C 34H 24IrN 5(%),C,58.77;H,3.48;N,10.08;实验值(%):C,58.60;H,3.50;N,10.06.FT-IR (KBr):3039,2924,2846,1605,1479,1332,1267,1159,1068,683,819,754,729,671,631cm -1.3结果与讨论3.1(ppy)2Ir(pybi)的紫外吸收和发射光谱图2(a)为(ppy)2Ir(pybi)室温下在CH 2Cl 2溶液中的UV-Vis 吸收和发射光谱,配合物在二氯甲烷溶液1pybiH 和(ppy)2Ir(pybi)的合成流程Fig.1Synthesis process of pybiH and (ppy)2Ir(pybi)PPA:polyphosphoric acid1595Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28中表现为多吸收带,分别位于250、295、346和442nm.由TD-DFT 的计算结果来看,250,295和346nm 处的吸收带均为单线态,归属于配体咪唑与配体ppy 的π-π*跃迁以及单线态的金属到配体的1MLCT 电荷转移跃迁;18在420-445nm 处出现的微弱的包峰归属于三线态3MLCT 、配体到配体的电子转移(LLCT)的混合跃迁.(ppy)2Ir(pybi)的MLCT 吸收带与主体材料CBP 的发射光谱(CBP 的发射光谱范围为350到500nm)重合,19这表明在以CBP 和(ppy)2Ir(pybi)分别为主体和客体材料的器件中,可以实现从CBP 到(ppy)2Ir(pybi)的有效能量传递.图2(b)为计算的(ppy)2Ir(pybi)的紫外吸收光谱,其最大的吸收峰值位于264nm 处,主要对应HOMO -4→LUMO +5(28%),HOMO -3→LUMO +4(20%)以及HOMO -3→LUMO+5(11%)的跃迁,由(ppy)2Ir(pybi)的前线分子轨道的分布来看,264nm 处的吸收峰主要属于ppy 到pybi 的电荷转移跃迁和配体ppy 的π-π*跃迁的混合;在302nm 处弱的吸收肩峰,主要对应HOMO -4→LUMO+2(24%)和HOMO -3→LUMO+2(41%)的跃迁,属于配体ppy 的π-π*跃迁;347nm 处的吸收峰主要对应HOMO -2→LUMO (20%),HOMO -2→LUMO +1(53%)以及HOMO -2→LUMO+2(11%)的跃迁,主要属于配体pybi 到ppy 的电荷转移跃迁以及pybi 的π-π*跃迁的混合;计算的(ppy)2Ir(pybi)在CH 2Cl 2溶液中的三线态吸收带位于405-463nm 处,最低能级吸收峰对应HOMO -1→LUMO (11%)和HOMO →LUMO (58%)的跃迁;HOMO 主要分布在配体ppy 和金属Ir 上;而LUMO 则主要分布在配体pybi 、ppy 上,如图3所示,表明三线态的吸收主要来自于配体ppy 到pybi 的3LLCT 电荷转移以及金属d 轨道到配体pybi 的3MLCT 跃迁.由于是自旋禁阻的吸收,计算得到的振子强度为零,因此在图2(b)中没有体现,这与实验上观察到420-445nm 处的微弱吸收峰相符.(ppy)2Ir(pybi)在CH 2Cl 2溶液中的发射峰分别位于495和518nm,由此可得其最低三线态能级为2.30eV .由TD-DFT 计算得到(ppy)2Ir(pybi)的最低能级磷光发射峰位于471和525nm,与实验值非常吻合.TD-DFT 计算结果表明,525nm发射峰对应于图2(ppy)2Ir(pybi)在二氯甲烷溶液中的UV-Vis 吸收和发射光谱(a)和优化计算的单线态吸收光谱(b)Fig.2UV-Vis absorption and emission spectra of (ppy)2Ir(pybi)in CH 2Cl 2solution (a)and the calculatedsinglet absorption spectrum (b)ε:extinctioncoefficient图3优化的(ppy)2Ir(pybi)基态分子结构(a)以及前线分子轨道HOMO (b)和LUMO (c)分布图Fig.3Optimized molecular structure at ground state (a)and molecular orbital amplitude plots for theHOMO (b),LUMO (c)of complex (ppy)2Ir(pybi)1596岳岩等:室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性No.7LUMO→HOMO(80%)、LUMO→HOMO-1(23%)跃迁,471nm的发射峰对应LUMO→HOMO-2(95%)和LUMO→HOMO(6%)跃迁,其属性为3LLCT/3MLCT/配体间(3IL)的跃迁.3.2电化学表征测试的(ppy)2Ir(pybi)的循环伏安曲线如图4所示,从图中可以得出(ppy)2Ir(pybi)的起始氧化电位(E0ox)为1.37V,起始还原电位(E0red)为-1.31V.根据电化学方法计算(ppy)2Ir(pybi)的HOMO和LUMO的能级(相对真空能级)的关系式20为:E HOMO(or E LUMO)=-4.74-eE0ox(or E0red)通过计算得到:(ppy)2Ir(pybi)的HOMO能级为-6.11eV,LUMO能级为-3.43eV,光学带隙(E g)为2.68eV,为蓝绿光发射材料.主体材料CBP的HOMO、LUMO能级分别为-2.5和-6.2eV,19表明在器件中可以实现CBP到(ppy)2Ir(pybi)的有效能量传递.3.3电致发光特性为了表征(ppy)2Ir(pybi)的电致发光特性,制备了结构为ITO/NPB(30nm)/CBP:(ppy)2Ir(pybi)(6%,30nm)/BAlq(10nm)/Alq3(30nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)的磷光器件.器件的电致发光光谱(EL)和色坐标(CIE)如图5所示,最大发光峰值为508nm,为蓝绿光发射.随着驱动电压的变化,器件的EL谱几乎没有变化,CIE基本稳定在蓝绿光区域.图6为器件的电流密度(J)-电压(V)-亮度(L)的曲线,器件的启亮电压较高,为8V(亮度为1cd·m-2时所对应的电压值),当驱动电压为18V时,达到最大亮度(8451cd·m-2),电流密度为4.03mA·cm-2时,器件达到最大电流效率(17.6cd·A-1),从电流效率和电流密度的曲线可以看出,器件效率的“滚降(roll-off)”现象不明显.但是此器件与目前报导的Ir 金属配合物磷光器件的性能还有一定的差距.由于NPB与发光层的能级结构不太匹配,空穴的注入势垒较大,而且由于(ppy)2Ir(pybi)的HOMO能级较低,也不利于空穴从NPB到(ppy)2Ir(pybi)的直接捕陷,在下一步的研究中,将选择具有更大HOMO能级的空穴传输材料替换NPB,优化器件的结构和制备工艺,有望进一步提高器件的亮度和效率.4结论利用PPA作为催化剂合成了配体2-(2-吡啶)苯并咪唑pybiH,用pybiH作为辅助配体,ppy做作为主配体制备了一种混配型的铱配合物(ppy)2Ir(pybi). (ppy)2Ir(pybi)的紫外吸收峰分别位于250、295、346和442nm.室温下该配合物在二氯甲烷溶液中发射5器件在不同驱动电压下的EL谱和CIE坐标Fig.5EL spectra and CIE coordinates atdifferent drive voltages图4(ppy)2Ir(pybi)在CH2Cl2溶液中的循环伏安曲线Fig.4Cyclic voltammetry curve of(ppy)2Ir(pybi)inCH2Cl2solution6器件的电流密度(J)-电压(V),亮度(L)-V和电流效率(η)-J(插图)曲线Fig.6Current density(J)-Voltage(V),luminance(L)-V,and current efficiency(η)-J(insert)curves1597Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28蓝绿光,最大发射波长分别为495和518nm.以(ppy)2Ir(pybi)为掺杂剂,器件最大亮度为8451cd·m-2,最大电流效率为17.6cd·A-1,与经典的铱金属配合物磷光器件的性能还存在一定的差距,在以后的研究中应寻找能级更为匹配的空穴传输材料,以获得更好的器件性能.与Ir(ppy)3相比，尽管(ppy)2Ir(pybi)的发光颜色发生了蓝移,但仍不在纯蓝光区域,可能是由于pybi配体强的共轭效应,在今后的实验中应选取一些弱共轭性的配体.References(1)Ma,Y.;Zhang,H.;Shen,J.;Che,C.M.Synth.Met.1998,94,245.doi:10.1016/S0379-6779(97)04166-0(2)Hao,Y.Y.;Guo,X.X.;Lei,L.P.;Yu,J.N.;Xu,H.X.;Xu,B.S.Synth.Met.2010,160,1210.(3)Yu,J.N.;Hao,Y.Y.;Guo,X.X.;Lei,L.P.;Xu,H.X.;Xu,B.S.Spectroscopy and Spectral Analysis2010,30,2424.[于建宁,郝玉英,郭晓霞,雷丽萍,许慧侠,许并社.光谱学与光谱分析,2010,30,2424.]doi:10.3964/j.issn.1000-0593(2010)09-2424-04(4)Ulbricht,C.;Beyer,B.;Friebe,C.;Winter,A.;Schubert,U.S.Adv.Mater.2009,21,4418.10.1002/adma.200803537(5)Lasker,I.R.;Chen,T.M.Chem.Mater.2004,16,111.doi:10.1021/cm030410x(6)Brook,J.;Babayan,Y.;Lamansky,S.;Djurovich,P.I.;Tsyba,I.;Bau,R.;Thompson,M.E.Inorg.Chem.2002,41,3055.doi:10.1021/ic0255508(7)Steel,P.J.;Lahousse,F.;Lemer,D.;Marzin,C.Chemistry1983,22,1488.(8)Nazeeruddin,M.K.;Humphry-Baker,R.;Berner,D.;Rivier,D.;Zuppiroli,L.;Graetzel,M.J.Am.Chem.Soc.2003,125,8790.doi:10.1021/ja021413y(9)Luo,Y.;Potvin,P.G.;Tse,Y.;Lever,A.B.P.Inorg.Chem.1996,35,5445.doi:10.1021/ic950694q(10)Fletcher,N.C.;Nieuwenhuyzen,M.;Rainey,S.J.Chem.Soc.Dalton Trans.2001,18,2641(11)Hsieh,C.H.;Wu,F.I.;Fan,C.H.;Huang,M.J.;Lu,K.Y.;Chou,P.Y.;Yang,Y.H.;Wu,S.H.;Chen,I.C.;Chou,S.H.;Wong,K.T.;Cheng,C.H.Chem.Eur.J.2011,17,9180.doi:10.1002/chem.201100317(12)Lu,K.Y.;Chou,H.H.;Hsieh,C.H.;Yang,Y.H.;Tsai,H.R.;Tsai,H.Y.;Hsu,L.C.;Chen,I.C.;Chen,C.Y.;Cheng,C.H.Adv.Mater.2011,23,4933.(13)Frisch,M.J.;Trucks,G.W.;Schlegel,H.B.;et al.Gaussian03,Revision C.02;Gaussian Inc.:Pittsburgh,PA,2003.(14)Becke,A.D.Phys.Rev.A1998,38,3098.(15)Lee,C.;Yang,W.T.;Parr,R.G.Phys.Rev.B1988,37,785.doi:10.1103/PhysRevB.37.785(16)Foresman,J.B.;Head,G.M.;Pople,J.A.;Frisch,M.J.J.Phys.Chem.1992,96,135.(17)Hein,D.W.;Alheim,R.J.;Leavitt,J.J.J.Am.Chem.Soc.1957,79,427.doi:10.1021/ja01559a053(18)Hsu,C.W.;Lin,C.C.;Chung,M.W.;Chi,Y.;Lee,G.H.;Chou,P.T.;Chang,C.H.;Chen,P.Y.J.Am.Chem.Soc.2011,133,12085.doi:10.1021/ja2026568(19)Zheng,T.;Choy,W.C.H.Adv.Funct.Mater.2010,20,648.doi:10.1002/adfm.200901657(20)Xu,H.X.;Xu,B.S.;Chen,L.Q.;Fang,X.H.;Wang,H.;Hao,Y.Y.J.Photochem.Photobiol.A:Chem.2011,217,108.doi:10.1016/j.jphotochem.2010.09.0261598。
新型环金属铱配合物的合成及其电致发光性能的研究的开题报告
新型环金属铱配合物的合成及其电致发光性能的研究的开题报告题目：新型环金属铱配合物的合成及其电致发光性能的研究一、选题背景有机电致发光材料具有广泛的应用前景，例如彩色显示器、平板电视、灯具、生物分析等领域。
其中，磷光材料是最为常见的有机电致发光材料，但其发光效率相对较低，且发光色纯度不高，无法满足市场需求。
因此，研究新型发光材料是当前的热点之一。
近年来，环金属铱配合物作为一种新型的有机电致发光材料备受关注。
环金属铱配合物具有良好的发光性能，可以实现高效的电致发光和纯净的发光色彩。
因此，研究新型的环金属铱配合物有望解决目前有机电致发光材料存在的问题。
二、研究内容和方法本研究将合成一系列环金属铱配合物，并研究其电致发光性能。
具体研究内容和方法如下：1. 合成环金属铱配合物：本研究将设计并合成一系列不同结构的环金属铱配合物，以探索其对电致发光性能的影响。
合成方法包括有机合成、无水溶剂法、气相扩散法等。
2. 表征合成的环金属铱配合物：本研究将使用各种手段对合成的环金属铱配合物进行表征，包括核磁共振、质谱、红外光谱、元素分析、热重分析等。
3. 研究合成的环金属铱配合物的电致发光性能：本研究将研究不同结构的环金属铱配合物的电致发光性能，包括发光亮度、发光效率、发光颜色等。
研究方法包括电致发光测试、荧光光谱分析等。
三、预期结果本研究的预期结果如下：1. 成功合成一系列不同结构的环金属铱配合物；2. 对合成的配合物进行表征，并确定其化学结构；3. 研究不同结构的环金属铱配合物的电致发光性能。
预计某些配合物具有较高的发光亮度、效率和纯度。
四、研究意义本研究的意义在于研究一种新型的有机电致发光材料，为开发高效、纯净的发光材料提供新思路。
同时，可探索环金属铱配合物合成与电致发光性能之间的关系，为制备高效的电致发光材料提供基础研究支持。
有机重金属配合物磷光材料的合成与性能研究
有机重金属配合物磷光材料的合成与性能研究
有机重金属配合物磷光材料的合成与性能研究
磷光材料因能同时利用单重态激子和三重态激子的发光而在近期有机发光二极管(OLED)器件的研究中大受青睐.Forrest和Thompson 两个研究小组合作,先后合成了一系列以2-苯基吡啶及其衍生物或类似物为配体,β-二酮等为辅助配体的环金属化的铱(或铂)配合物[1,2],然后分别将其用作磷光染料掺杂于电荷传输主体材料作为有机电致发光器件中的发光层,极大地提高了器件的外量子效率.
作者：陈连清杨楚罗秦金贵作者单位：武汉大学化学与分子科学学院,武汉,430072 刊名：有机化学 ISTIC SCI PKU 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY 年，卷(期)：2003 23(z1) 分类号： O6 关键词：。
新型磷光材料的合成和性质研究
新型磷光材料的合成和性质研究磷光材料作为一种新型的发光材料，具有广泛的应用前景，如在生物成像、显示、传感和荧光标记等领域。
因此，磷光材料的合成和性质研究一直备受关注。
本文将介绍近年来新型磷光材料的合成方法，以及其优异的性质和应用前景。
一、新型磷光材料的合成方法1. 溶液法合成溶液法合成是一种常用的磷光材料合成方法。
该方法以一些有机配体作为荧光基团，通过与金属离子配位形成磷光材料。
例如，Yuan等人在研究中发现，利用α-吡啶甲酸(AA)作为配体和铜离子(Cu2+)配位，可以制备出具有优异荧光性能的磷光材料。
2. 气相沉积法合成气相沉积法合成是一种将有机荧光分子和金属离子制备成薄膜的方法。
该方法能够控制成膜过程中的温度和压力，从而对磷光材料的结构和性能进行精确调控。
例如，Wu等人使用该方法成功合成了一类以2-(苯氧基)-4,5-二氮杂咪唑（PBD）为荧光基团和五羰基合钼(Mo(CO)5)为金属离子的磷光材料薄膜。
3. 生物合成法生物合成法是一种利用生物体内的生物大分子如蛋白质、DNA等基元在银离子或其他金属离子的作用下形成纳米复合物，并表现出磷光的生物合成法。
此类微生物、物质的磷光具有更好的生物相容性和水溶性，是生物荧光成像和检测的理想材料。
二、新型磷光材料的性质和应用1. 优异荧光性能新型磷光材料具有荧光亮度高、发射波长可控、发光寿命长、柔性可调、耐热、光稳定性佳、量子产率高和发光机制多样等特点，使得其在光电器件、生物成像和传感、发光显示等领域具有广泛的应用前景。
2. 应用前景（1）生物成像和传感磷光材料在生物成像和传感方面具有广泛的应用前景。
例如，在生物成像方面，磷光材料能够通过标记生物分子，实现活体成像；在生物传感方面，磷光材料能够针对生物分子的特异性结构进行针对性传感。
因此，磷光材料在医学、生物学等领域有着广泛的研究和应用前景。
（2）发光显示磷光材料在发光显示领域也具有广泛的应用前景。
例如，磷光材料可以作为发光二极管(LED)和有机电致发光(OLED)等器件的发光材料，具有较高的光效率、亮度和色纯度，能够满足高清晰度显示的需求。
金属铱配合物
金属铱配合物金属铱配合物是一类重要的化合物，具有广泛的应用前景。
铱是一种稀有的贵金属元素，具有很高的化学稳定性和催化活性，因此被广泛应用于催化剂、电子器件、光学器件等领域。
铱配合物是由铱离子和配体组成的化合物，具有多种结构和性质，可以用于催化、发光、生物学等领域。
铱配合物的合成方法有多种，常见的方法包括配体置换法、还原法、氧化法等。
其中，配体置换法是最常用的方法之一，它是通过将铱离子与一种或多种配体反应，形成铱配合物的过程。
还原法是将铱离子还原成铱金属，然后与配体反应得到铱配合物。
氧化法则是将铱离子氧化成高价态，然后与配体反应得到铱配合物。
铱配合物具有多种性质和应用。
其中，催化是铱配合物最重要的应用之一。
铱配合物可以用于氢化、氧化、羰基化等反应的催化剂。
例如，铱配合物可以用于烯烃的不对称氢化反应，得到高产率和高对映选择性的产物。
此外，铱配合物还可以用于有机合成、药物合成等领域。
铱配合物还具有发光性质。
铱配合物可以发出强烈的荧光，因此被广泛应用于LED、荧光材料等领域。
铱配合物的发光机理是通过铱离子的电子跃迁来实现的。
铱配合物的发光颜色可以通过改变配体的结构和性质来调节。
铱配合物还具有生物学应用。
铱配合物可以用于生物标记、药物传递等领域。
例如，铱配合物可以用于生物标记，通过将铱配合物与生物分子结合，实现对生物分子的检测和追踪。
此外，铱配合物还可以用于药物传递，通过将药物与铱配合物结合，实现药物的靶向输送和释放。
总之，金属铱配合物是一类具有广泛应用前景的化合物。
铱配合物具有多种结构和性质，可以用于催化、发光、生物学等领域。
铱配合物的合成方法有多种，常见的方法包括配体置换法、还原法、氧化法等。
铱配合物的应用前景十分广阔，未来还有更多的应用领域等待我们去探索。
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核磁共振谱在 Mercury Plus 400NB M Hz 核磁 基乙醇中. 100～120 ℃反应 12 ～15 h 后, 冷却反
共振仪上测定; 元素分析由Vario EL Ⅲ O-元素分析 应 液, 加入 10 m L 蒸馏水抽滤得到固体. 晾干后柱
测试系统完成; 红外光谱在Vaat ar 360 FT -IR 上测试 层 析 ( 二 氯 甲 烷/ 石 油 醚) 分 离 得 到 黄 色 固 体.
( 1) 4-苄氧基甲基-2-苯基吡啶的合成. N2 保护 61. 48, H 4. 68, N 3. 33; 实 际 值: C 60. 64,
下, 将1. 0 m mol 2-苯基吡啶-4-甲醇溶在10 mL T HF H 4. 68, N 3. 25.
中, 依次加入1. 2 mmo l NaH 、1. 1 m mol P hCH2Br. 1. 2. 2 配合物紫外-可见吸 收光谱及荧光光 谱的
1 000 r/ m in旋转制得.
Hz, 2H) , 6. 27 ( d, J = 7. 2 Hz, 2H ) , 5. 18 ( s,
1. 2 实验过程 1. 2. 1 4-苄氧基甲基-2-苯基吡啶的合成及配合物
Ir( ppy-O CH 2Ph) 2 acac的合成
1H) , 4. 77 ( s, 4H) , 4. 71 ( s, 4H) , 1. 77( s, 6H) ; M S ( EI/ Int ensit y ) : 840. 4 ( 18. 7) , 741. 4 ( 29. 1) , 275. 2 ( 4. 76) ; 元素分析理 论值 C43 H39 N 2 O 4Ir: C
Synthesis, Characterization and Luminescent Properties of a New Green Emissive Iridium Complex
L i X i anghong, H u Yumei
( Co llege o f Chem istry and M aterials Science, So ut h-Cent ral U niv ersit y fo r N ationalities, Wuhan 430074, China)
1 实验部分
( 体积比3∶1) 中. 100～120 ℃反应24 h 后, 冷却反 应液, 加入 10 mL 蒸馏水抽滤得到固体. 依次用无水
1. 1 试剂及仪器
乙醇、正己烷、无水乙醚洗涤2～3 次后晾干, 得 Ir 2
IrCl3 ·3H2O ( 58 % ) 、Pd( PP h3) 4 购自上海久山 ( ppy-O CH2Ph) 4Cl2, 产率80 % .
Abstract F or the development o f phosphor escent mater ials of different colar , a new ir idium ( Ⅲ) complex w ith gr een emission w as synthesized and char acter ized by U V -Vis, emussion, HN M R and element ana ly sis spectr a. In solut ion, it is g r een w ith emission max ium at 529 nm . How ever , it is or ange -red ( em= 618nm) in thin film. T he electr oluminescent dev ice fabr icated using this co mplex as the triplet emissiv e do pant sho wed a max imum ex ter nal quantum efficiency o f 13. 6 % and br ightness of 13 157 cd/ m 2. Keywords iridium( Ⅲ) com plex ; phospho rescence ; electr oluminescence
本文在绿色磷光材料Ir( ppy ) 2acac ( ppy 为2-苯 基吡啶, acac 为乙酰丙酮) 基础上设计合成了一种 具有苄醚结构的 2-苯基吡啶铱( Ⅲ) 配合物[ Ir( ppyO CH2P h ) 2acac] ( ppy-O CH 2Ph 为 4-苄氧基甲基-2苯基吡啶) , 合成路线见图1. 通过元素分析、NMR、 M S 等方法对配合物结构进行了表征. 并用紫外-可 见吸收光谱、荧光光谱研究了该配合物在溶液状态
得到; 质谱在 Micromass GCT 质谱仪上获得.
1HN M R ( CDCl3, 400 M Hz) : 8. 45 ( d, J = 6. 0
固体膜制备方法: 将配制好的 10 mg / mL 配合物 溶液滴在石英片上, 然后将石英片固定在KW -4A 型 台式匀胶机( 中国科学院微电 子中心研究部) 上以
第 3 期 李襄宏, 等: 一种绿色磷光铱配 合物的合成、表征及发光性质 7
图 1 配合物 Ir ( ppy-OC H2Ph ) 2acac 的分子结构及合成路线 Fig. 1 St ructu res and synt het ic rout e of Ir( ppy-O CH2Ph) 2acac
一种绿色磷光铱配合物的合成、表征及发光性质
李襄宏, 胡玉梅
( 中南民族大学 化学与材料学院, 武汉 430074)
摘 要 为开发不同发光 颜色的磷光材料, 合成了一种 新的磷光铱( Ⅲ) 配合物, 通过紫 外-可见吸 收光谱、发射光 谱、核磁共振氢谱及元素分析对其结构进行了 表征. 该配 合物在溶液中表现为 强的绿光发射( em= 529 nm) , 其薄 膜则表现为橙红色发光( em= 618 nm) . 以其作为发光材料制备的电致发光 ( EL , Electr oluminescent ) 器件的最大 亮度为 13 157 cd/ m 2, 外量子效率为 13. 6 % . 关键词 铱( Ⅲ) 配合物; 磷光; 电致发光 中图分类号 O 614. 82+ 1 文献标识码 A 文章编号 1672-4321( 2010) 03-0006-04
到粗品, 柱层析分离得到油状物. 1HN M R ( CDCl3, Edinbur gh L FS920 光谱仪上测得; 配合 物溶液的
400 M Hz) : 8. 66 ( d, J = 4. 8 Hz, 1H ) , 8. 00 ( d, J =
磷光量子产率以硫酸奎宁的 1 mo l/ L 硫酸溶液 ( F
第 29 卷第 3 期 中南民族大学学报( 自然科学版) V ol . 29 N o. 3 2010 年 9 月 Journal of Sou th -Cent ral U niversit y for N ati on ali ties( N at . Sci . E diti on ) Sep. 2010
化工有限公司; 乙氧基乙醇购自中国医药集团( 上海)
( 3) Ir ( ppy -O CH2P h) 2 acac 的 合 成. N 2 保 护
化学试剂公司; NaH ( 60 % ) 购自L ancast er 公司; 2苯基吡啶-4-甲醇[ 10] 按文献[ 10] 方法合成.
下, 0. 12 mmo l Ir2 ( ppy -OCH2 Ph) 4 Cl2, 0. 5 mm ol 乙酰丙酮及0. 5 mm ol 无水碳酸钠溶解在9 m L 乙氧
室温下搅拌2～3 h 后, 加20 mL 蒸馏水终止反应. 用
测定
CH2Cl2 萃取 2～3 次后合并有机相, 水洗2～3 次后用
紫外-可见光谱在 Schimadzu U V-2550 型紫外
无水 N a2SO 4 干燥. 滤除干燥剂后, 旋蒸除去溶剂即得 分光 光 度 计上 测 定; 溶 液 和 薄膜 的 磷光 光 谱 在
和膜状态下的吸收光谱和光致发光光谱; 以该配合 物为磷光材料制备了电致发光器件, 研究了器件的 电致发光性能.
收稿日期 2 01 0-04-29 作者简介 李襄宏( 1979-) , 女, 讲 师, 博士, 研究方向: 光电功能材料, E-mail: lix hchem@ yaho o. co m. cn 基金项目 湖北省自然科学基金资 助项目( BZ Y 09008) ; 中南民族大学自然科学基金资助项目( Y ZZ 06022)
119. 00, 73. 06, 70. 73, 70. 79; Ms ( EI/ Int ensit y ) : 氩气氛围下进行测试.
275. 2 ( 2. 31) , 169. 1( 100)
1. 2. 3 器件的制备及测试
( 2) Ir2 ( ppy -O CH2P h) 4Cl2 的合成. N 2 保护下,
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2H ) ; 13 CN MR ( CD Cl3, 100 M Hz ) : 157. 90, 软件包对荧光寿命数据进行拟合处理; 所有溶液磷
149. 93, 148. 63, 139. 57, 137. 92, 129. 28, 129. 01, 光光谱和寿命均采用冻融的方法除氧, 在液氮中冷
128. 82, 128. 21, 128. 08, 127. 27, 127. 28, 120. 68, 冻后减压泵抽气15 min, 然后通氩气, 循环3 次, 在
作为高效电致磷光材料的重金属配合物近年 来引起人们的极大兴趣[ 1, 2] . 此类金属配合物能够 产生强烈的自旋-轨道偶合, 使原有禁阻的三线态 跃迁变为允许, 进而可实现强的磷光发射. 其中金 属 Ir( Ⅲ) 与有机配体形成的配合物由于具有较短的 三线态寿命, 在室温下具有较高的发光效率和较强 的磷光而成为研究的热点[ 3-7] . 该配合物中有机配 体的结构对发光效率和发射波长有很大影响[ 8] , 通 过调整配体的结构, 目前已设计出可发红、蓝、绿等 各种颜色的铱配合物, 并在利用这些配合物制备可 实用化的白光器件等方面取得了重要进展[ 9] .