CN101747375B - 8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(i)磷光配合物及其应用 - Google Patents
8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(i)磷光配合物及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物的合成方法及其在有机电致发光器件中的应用。该类铜(I)配合物具有不对称的二齿N^P型配体,相较传统的二亚胺/三苯基膦混合配体铜(I)磷光配合物有着更好的光化学和电化学稳定性,使其成为制备有机电致发光器件的理想材料。
Description
【技术领域】
本发明涉及8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物及其作为磷光材料在有机电致发光中的应用。
【背景技术】
自1987年美国柯达公司的邓青云等人用8-羟基喹啉铝作发光材料,得到在较低电压驱动下高亮度的发光二极管以来(Applied Physics Letters,51,913-915,1987),有机电致发光技术在平板显示及平板照明上的应用已受到学术界、产业界的高度重视,而对高效磷光配合物的应用研究则是目前有机电致发光领域的热点。目前应用于有机电致发光器件(OLED)的磷光材料主要是Pt(II)、Ir(III)、Os(II)、Ru(II)、Re(I)、Cu(I)等重金属的配合物。
相对于第五、六周期的Pt、Ir、Os、Ru、Re等贵金属,第四周期过渡金属元素Cu资源丰富,廉价易得,而且毒性小。早在二十多年前,铜(I)磷光配合物的光物理与光化学性质就得到了系统和深入的研究,但铜(I)磷光配合物应用于有机电致发光的研究在近些年才刚刚起步。04年起,长春应化所的王利祥等人陆续报道了基于二亚胺/三苯基瞵混合配体铜(I)磷光配合物的高效红、绿光OLED,获得了当前单层器件的最高效率,引起了国际同行的广泛关注与跟踪(Advanced Materials,16,432-436,2004;Advanced Functional Materials,16,1203-1208,2006;Advanced Functional Materials,17,2983-2990,2007)。近几年,国内外其它课题组也陆续报道了相关工作,但在材料的选择上,都还局限于最初得到应用的二亚胺/三苯基瞵类铜(I)配合物上。
目前,虽然基于二亚胺/三苯基瞵混合配体铜(I)配合物的OLED已实现了高效的红、绿电致磷光发射,但是这类配合物的光物理及电化学稳定性还有待提高。这是由于传统的二亚胺类配合物的发光机理是基于中心金属离子到二亚胺配体的电荷转移(MLCT),激发态下二亚胺配体得到一个电子呈负电性,配位N原子与中心金属离子之间的键能减弱易发生断裂,因而稳定性较差。本发明在传统二亚胺配体铜(I)配合物基础上,将二亚胺配体换作不对称的二齿N^P型配体,极大地提高了铜(I)配合物的光物理及电化学稳定性,这将直接有助于制备出长寿命的铜(I)配合物电致发光器件。
【发明内容】
本发明的目的是提供一类以8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,并将其应用于制备有机电致发光器件。
本发明设计的这类以8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)配合物的发光机理同样是基于MLCT,但是量化计算结果表明,激发态下由中心铜离子转移向配体的负电荷主要局域在喹啉环上。喹啉配体在得到一个电子之后会影响到Cu、N原子的成键,但Cu-P键基本不受影响,从而限制了激发态下因Cu-N键不稳定而引起的配体脱落及配合物分解。实验结果表明,以8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物的光化学和电化学稳定性显著高于以二亚胺为配体的传统铜(I)磷光配合物(图1、图2)。
本发明设计并合成了一系列以8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,该配合物具有如下I或II所示结构:
前述结构通式中N^P代表以氮磷为配位原子的8-膦基喹啉衍生物双齿配体,其结构为:
其中R1选自氢、C1-C8的烷基;R2选自苯基、环己烷基、苄基、C1-C8的烷基。
前述结构通式中P^P代表两个单独的三苯基膦配体或桥联的苯基膦双齿配体,选自以下配体中的任意一组:
其中,n选自2、3、4中的任意一个整数;
前述结构通式中Ac-代表抗衡离子,可以为任意强酸根负离子,优选自高氯酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根等。
配体N^P、P^P及抗衡离子Ac-三者可任意组合。
前述配合物的结构通式中N^P双齿配体中,R1优选自氢、C1-C4的烷基;R2优选为苯基。
前述配合物的结构通式中N^P双齿配体中,R1优选为氢;R2优选为苯基。
前述配合物的结构通式中N^P双齿配体中,R1优选为甲基;R2优选为苯基。
所有Cu(I)配合物可通过直接法由氧化亚铜、配体、强酸在有机溶剂中反应制得,也可通过配体交换法从带负离子酸根的四乙腈合铜间接制得。所有产品用重结晶法提纯。
所有Cu(I)配合物具有室温磷光发射性质,可作为发光材料用于制备有机电致发光器件。
按照本发明,一种有机电致发光器件,具有在第一电极和第二电极之间形成的一层或多层有机薄层,其中至少一层有机层包括如本发明上述的一种或多种配合物。
电致发光器件的发光层采用溶液旋涂成膜法制备,发光层可以是单独的铜(I)配合物;也可将铜(I)配合物与聚酯或具有载流子传输特性的功能聚合物高分子主体材料(典型的如聚乙烯基咔唑(PVK)),共混旋涂制备发光层;还可进一步在铜(I)配合物与高分子主体材料共混的发光层中掺入小分子载流子传输材料。
在器件组装上,旋涂完发光层后可直接蒸镀金属电极,制成单层器件;也可用真空蒸镀法在金属电极与发光层之间进一步引入一至两层具有空穴阻挡或电子传输功能的有机小分子层,构造多层器件。
附图说明
结合附图,通过示例性实施例的详细描述将会更清楚地理解本发明,其中:
图1给出了实施例中配合物[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4)(mdppq为2-甲基-8-(二苯基膦基)喹啉;DPEphos为二(2-二苯基膦基)苯基醚)与经典配合物[Cu(dmp)(DPEphos)](BF4)(dmp为2,9-二甲基-1,10-菲咯啉)的荧光强度随时间衰减的曲线,两种配合物以相同的浓度负载在纳米氧化铝颗粒上,在一带凹槽的附件上压平后暴露在空气中,由稳定的330nm强紫外光激发(两种配合物在330nm有着接近的摩尔消光系数);
图2给出了实施例中配合物[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4)与经典配合物[Cu(dmp)(DPEphos)](BF4)在乙腈溶液中的连续扫描的循环伏安曲线,工作电极为玻碳电极,扫描速率100mV/s;
图3为实施例8及实施例9对应的电致发光器件的电流效率——电流曲线;
图4为实施例8及实施例9对应的电致发光器件的亮度——电压曲线;
图5为实施例8及实施例9对应的电致发光器件的光谱及相应铜(I)配合物的光致发光光谱;
【具体实施方式】
实施例1:[Cu(dppq)(PPh3)2](BF4)的合成
将三苯基膦(PPh3)(524mg,2.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟,待固体物质全部溶解后,然后加入dppq(313mg,1.0mmol),继续搅拌30分钟,过滤,旋干溶剂。二氯甲烷/乙醇重结晶,得到黄色晶体[Cu(dppq)(PPh3)2](BF4)650mg,收率66%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群P-1,a=12.895(3),b=14.064(3),c=14.835(3),α=77.905(3),β=83.939(5),γ=89.230(5)°,V=2616.0(9)
实施例2:[Cu(mdppq)(PPh3)2](BF4)的合成
将三苯基膦(PPh3)(524mg,2.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟。然后加入mdppq(327mg,1.0mmol),继续搅拌30分钟,过滤,旋干溶剂。乙醇/乙醚重结晶,得到黄色晶体[Cu(mdppq)(PPh3)2](BF4)392mg,收率40%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群P2(1)/c,a=10.781(3),b=14.758(3),c=31.435(8),β=92.910(4),V=4995(2)
实施例3:[Cu(dppq)(DPEphos)](BF4)的合成
将2,2’-二(二苯基膦基)二苯醚(DPEphos)(538mg,1.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟,待固体物质全部溶解后,然后加入dppq(313mg,1.0mmol),继续搅拌30分钟,过滤,旋干溶剂。乙醇/乙醚重结晶,得到黄色晶体[Cu(dppq)(DPEphos)](BF4)934mg,收率93%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群P-1,a=11.023(3),b=14.753(4),c=16.362(4),α=92.285(4),β=91.635(5),γ=96.309(3)°,V=2641.4(11)
实施例4:[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4)的合成
将2,2’-二(二苯基膦基)二苯醚(DPEphos)(538mg,1.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟。然后加入mdppq(327mg,1.0mmol),继续搅拌30分钟,过滤,二氯甲烷/乙醚重结晶,得到黄色晶体[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4)824mg,收率81%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群P2(1)/c,a=18.361(5),b=12.831(4),c=24.921(7),β=103.232(5),V=5715(3)
实施例5:[Cu(dppq)2](BF4)的合成
将dppq(626mg,2.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟,待固体物质全部溶解后,过滤,甲醇/乙醚重结晶,得到黄色晶体[Cu(dppq)2](BF4)240mg,收率31%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群P-1,a=8.6795(7),b=12.1942(10),c=17.3630(14),α=88.9610(10),β=80.8800(10),γ=79.7350(10)°,V=1785.3(3)
实施例6:[Cu(mdppq)2](BF4)的合成
将mdppq(654mg,2.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟,过滤,二氯甲烷/甲醇重结晶,得到橙色晶体[Cu(mdppq)2](BF4)540mg,收率67%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群C2/c,a=19.0005(16),b=20.4213(17),c=13.0973(19),β=132.141(6),V=3768.2(7)
实施例7:[Cu(dppq)(dppp)](BF4)的合成
将1,3’-双(二苯基膦)丙烷(dppp)(412mg,1.0mmol)和[Cu(NCCH3)4](BF4)(314mg,1.0mmol)溶解于10毫升二氯甲烷中,室温搅拌30分钟,待固体物质全部溶解后,然后加入dppq(313mg,1.0mmol),继续搅拌30分钟,过滤,旋干溶剂。二氯甲烷/甲醇重结晶,得到黄色晶体[Cu(dppq)(dppp)](BF4)398mg,收率45%。该配合物的晶体结构通过X射线单晶衍射仪确定,其晶体学参数为:空间群P2(1)/n,a=15.2524(10),b=16.5496(7),c=17.3239(10),α=90.0088(28),β=103.9371(36),γ=89.9730(44)°,V=4244.1822(0)
实施例8:以配合物[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4):PVK为发光层的多层器件(器件I)
器件结构为:ITO/PEDOT/Cu(I)complex:PVK/TPBI/Alq3/LiF/Al。组装条件为:在转速3000转/分钟的条件下在清洁的ITO玻璃表面旋涂上一层导电高分子-聚噻吩衍生物(PEDOT),随后在120℃下干燥30分钟。将铜(I)配合物和PVK(聚乙烯基咔唑)在CH2Cl2溶液中配成重量比为1∶10的溶液,在转速1500转/分钟的条件下旋涂在经PEDOT修饰的玻璃电极表面。在高真空的条件下干燥1小时后,依次蒸镀上20nm的TPBI(1,3,5-三(2-N-苯基苯并咪唑基)苯),40nm的Alq3(8-羟基喹啉铝)、1nm的LiF以及100nm的金属铝。器件性能如下:启亮电压6V,最大亮度1800cd/m2,最大电流效率6.0cd/A,最大发光峰位555nm。
实施例9:以配合物[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4):CBP:PVK为发光层的多层器件(器件II)
器件结构为:ITO/PEDOT/Cu(I)complex:PVK:CBP/TPBI/Alq3/LiF/Al。组装条件为:在转速3000转/分钟的条件下在清洁的ITO玻璃表面旋涂上一层PEDOT,随后在120℃下干燥30分钟。将铜(I)配合物、PVK、CBP(4,4-N,N-二咔唑联苯)在CH2Cl2溶液中配成重量比为2∶1.5∶8的溶液,在转速1500转/分钟的条件下旋涂在经PEDOT修饰的玻璃电极表面。在高真空的条件下干燥1小时后,依次蒸镀上20nm的TPBI,40nm的Alq3、1nm的LiF以及100nm的金属铝。器件性能如下:启亮电压7.5V,最大亮度4042cd/m2,最大电流效率7.6cd/A,最大发光峰位566nm。
表1给出了实施例中所有配合物在PMMA(20wt%)薄膜中的光物理数据;
a误差±10%;b误差±5%。
Claims (13)
2.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:前述结构通式中N^P双齿配体的R1为氢、C1-C4的烷基;R2为苯基。
3.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:前述结构通式中N^P双齿配体的R1为氢;R2为苯基。
4.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:前述结构通式中N^P双齿配体的R1为甲基;R2为苯基。
5.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(dppq)(PPh3)2](BF4),其中dppq为8-(二苯基膦基)喹啉;PPh3为三苯基膦。
6.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(mdppq)(PPh3)2](BF4),其中mdppq为2-甲基-8-(二苯基膦基)喹啉;PPh3为三苯基膦。
7.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(dppq)(DPEphos)](BF4),其中dppq为8-(二苯基膦基)喹啉;DPEphos为二(2-二苯基膦基)苯基醚。
8.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(mdppq)(DPEphos)](BF4),其中mdppq为2-甲基-8-(二苯基膦基)喹啉;DPEphos为二(2-二苯基膦基)苯基醚。
9.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(dppq)2](BF4),其中dppq为8-(二苯基膦基)喹啉。
10.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(mdppq)2](BF4),其中mdppq为2-甲基-8-(二苯基膦基)喹啉。
11.如权利要求1所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的配合物为[Cu(dppq)(dppp)](BF4),其中dppq为8-(二苯基膦基)喹啉;dppp为1,3-双(二苯基膦)丙烷。
12.如权利要求1-4任一所述的8-膦基喹啉衍生物为配体的铜(I)磷光配合物,其特征在于:所述的抗衡离子Ac-选自高氯酸根、四氟硼酸根或六氟磷酸根。
13.一种有机电致发光器件,具有在第一电极和第二电极之间形成的一层或多层有机薄层,其特征在于:其中至少一层有机层包括如权利要求1-12任一所述的一种或多种配合物。
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