CN102876320A - 一种一价铜配合物发光材料及其制备方法 - Google Patents

一种一价铜配合物发光材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黄色磷光Cu(I)配合物发光材料及其制备方法。本发明的磷光配合物，由一价铜盐与配体络合得到，其分子结构为Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)，式中TPP和2-PBO分别为电中性配体三苯基膦和2-(2-苯并噁唑)吡啶。所述配合物既具备小分子易提纯和发光效率高的优点，而且具有高的热稳定性。该材料是由Cu(CH3CN)4PF6与配体的乙腈溶液直接混合反应得到，具有工艺简便、设备简单、原料易得且成本低等优点。该材料可作为光致发光黄光材料，也可用作多层有机材料组成的电致发光器件中的发光层磷光材料。

Description

一种一价铜配合物发光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，涉及光致发光材料领域和电致发光材料领域，特别是涉及有机电致发光材料领域。
背景技术
发光材料包括光致发光和电致发光两大类应用领域。光致发光是指物体受到外界光源的照射，从而获得能量产生激发并最终导至发光的现象。紫外辐射、可见光及红外辐射等均可引起光致发光。光致发光材料可用于荧光分析、交通标志、跟踪监测、农用光转换膜、核探测技术中的闪烁体、太阳能转换技术中的荧光集光器等方面。电致发光(electroluminescent，简称EL)，是指发光材料在电场作用下，受到电流和电场的激发而发光的现象，是一种将电能直接转换为光能的发光过程。具有这种性能的材料，可制作成电控发光器件，例如发光二极管(LED)和有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode，简称OLED)。而LED和OLED两大类产品，在先进的平板显示和固态节能照明领域都具有非常诱人的应用前景，并且目前已经显示出了其良好的产业化发展势头。
能够产生电致发光的固体材料有很多种，主要包括无机半导体材料、有机小分子材料、高分子材料以及配合物小分子材料。由于OLED具有节能、轻薄、无眩光、无紫外线、无红外线、驱动电压低、响应时间短、低温特性好、发光效率高、制造工艺简单、全固态抗震性好、几乎没有可视角度的问题、能够在不同材质的基板上制造、可做成能弯曲的产品等众多优点，近年来备受科技界和产业界的瞩目。而随着社会的发展，OLED技术已在(或将在)彩电、手机、各种显示器、各种照明用或装饰用灯具、飞机等军事装备的显示终端等领域得到越来越广泛的使用。能用于OLED的电致发光材料有荧光材料和磷光材料两种。由于电致发光过程产生25％的单重态激子和75％三重态激子的特征，而荧光材料只能利用单重态激子，磷光材料则能同时利用单重态激子和三重态激子而发光，因此磷光材料的研发显得尤为重要。
磷光材料的研究和开发对象，一般都是金属-有机配合物小分子材料而不是有机小分子，原因在于纯有机分子在室温下磷光很弱，甚至根本不能检测出磷光发射。而配合物小分子材料能够方便地实现磷光发射，而且可以实现高效率的发光，也易于制备和纯化、易于制作成薄膜，因此是目前唯一一类实际用于OLED产品发光层的磷光材料。目前OLED产品所采用的磷光体为含铱、铼等贵金属的配合物，它们已经显示了较好的使用性能和市场表现。但是该类贵金属配合物存在成本昂贵，尤其是环境风险的问题。因此，目前针对贱金属Cu(I)配合物磷光材料的研发备受关注，Cu(I)配合物很廉价、无环境风险，因此研究和开发新型的性能优良的Cu(I)配合物发光材料具有重大的意义和很好的市场应用前景。
更具体地进行分析，目前在售的OLED用黄色磷光材料都是贵金属铱和铂等的配合物，虽然它们在性能上已有较好的表现，但是其昂贵的价格也影响到OLED最终产品的推广应用和市场表现。而用Cu(I)配合物作为黄色色磷光材料则由来已久(N.Armaroli，G.Accorsi，F.Cardinali，A.Listorti，Top.Curr.Chem.2007，280，69-115.)，这种廉价的Cu(I)配合物发光材料可由Cu(I)离子和合适的有机配体方便地制备，只是在OLED工作温度范围其发光强度尚达不到应用需求。因此开发新型廉价的Cu(I)配合物红色磷光材料具有重大的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的黄色磷光Cu(I)配合物发光材料及其制备方法。通过Cu(I)离子和有机配体的溶液配位反应，方便且廉价地制备获得了发光性能和热稳定性良好的Cu(I)配合物发光材料，其黄色磷光发光强度很大，而且其发光衰减特征非常符合OLED器件对材料磷光发光寿命的要求，将其应用于OLED发光层材料有利于产品成本的降低。
本发明的技术方案之一，是提供一种新的黄色磷光Cu(I)配合物发光材料，Cu(CH3CN)4PF6与配体进行配位反应得到，其分子结构为Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)，式中TPP和2-PBO分别为电中性配体三苯基膦和2-(2-苯并噁唑)吡啶。
所述配体4-(2-苯并噁唑)吡啶，是苯并噁唑和吡啶的结合体，其分子结构如式(I)：
所述配体中苯并噁唑结构中的O未参与配位，而N原子与吡啶结构中的N原子与亚铜离子形成双齿螯合配位。
所述配合物表现为离子型配合物，其中的抗衡阴离子为六氟磷酸根，而阳离子则是由亚铜离子和配体TPP、2-PBO络合形成的配位阳离子；该配位阳离子中Cu(I)采用CuN2P2四面体配位模式，其中两个N分别来自于一个双齿螯合的2-PBO配体中的吡啶基团和苯并噁唑基团，而两个P分别来自于两个TPP配体；其分子结构如式(II)：
Figure BSA00000785657500031
所述发光材料可应用于黄光磷光材料，该材料受到很宽波长范围(250-500nm)的紫外光或可见光的激发，都能发出很强的黄光，其最大发光波长为587nm，色坐标值为(0.4914，0.4913)，发光寿命为7.5微秒。
所述黄色磷光发光材料可用作多层有机材料组成的电致发光器件中的发光层磷光材料。
本发明的技术方案之二，是提供一种黄色磷光Cu(I)配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)发光材料的制备方法。该制备方法是由Cu(CH3CN)4PF6和配体的两种乙腈溶液混合发生配位反应，从而产生产物沉淀粉末而实现。其具体实施方案分为四个步骤：
(1)室温下将Cu(CH3CN)4PF6粉末完全溶解于乙腈中；
(2)室温下将配体TPP和2-PBO的粉末完全溶解于乙腈中；
(3)将所述两种乙腈溶液混合，并搅拌使之充分发生配位反应；
(4)将反应液过滤，并将所得滤液在抽真空条件下旋蒸，除去溶剂即得到黄色的晶状粉末产物。
本发明的制备方法中，所述三种反应物的投料比(摩尔比)Cu(CH3CN)4PF6∶TPP∶2-PBO为1∶2∶1。
本发明的有益效果首先是所提供的黄色磷光Cu(I)配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)发光材料，其中引入的苯并噁唑基团有利于分子激发态发光，金属Cu到配体的电荷跃迁(MLCT)的存在有效促进系间窜越，而Cu(I)周围配体存在的空间位阻可抑制分子激发态的非辐射衰减，因而该分子材料具有好的磷光发射性能。该配合物材料既具备廉价和易于纯化的优点，而且具有很好的溶解性和热稳定性，为发光材料的进一步应用提供了技术支持。
本发明的有益效果，其次是制备黄色磷光Cu(I)配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)发光材料的方法，具有工艺简便，所用设备简单，原料简单易得，生产成本低，可以在很短的时间内得到具有很高产率的产物等优点。
附图说明
图1.磷光配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)分子的单晶结构图。
图2.磷光配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)分子在单胞内及其周边空间的堆积图。
图3.磷光配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)的热重-差热分析(TG-DSC)曲线图。
图4.磷光配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)的紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱图。
图5.配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)粉末样品在365纳米波长光激发下的光发射谱图。
图6.配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)粉末样品在587纳米监控波长下测定的激发谱图。
具体实施方式
本发明的实现过程和材料的性能由实施例说明：
实施例1
合成Cu(I)配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)的单晶：称取37mg Cu(CH3CN)4PF6和53mg三苯基膦配体溶解在5mL二氯甲烷中后，再将20mg的2-PBO配体一次加入上述溶液中，搅拌使之完全溶解后过滤，在滤液上覆盖异丙醇促使产物结晶，静置数天后析出大量黄色厚片状晶体。挑选一颗0.46mm×0.40mm×0.19mm尺寸的黄色晶体用于X-射线单晶结构测试。该化合物的分子结构图示于附图1，其晶胞堆积结构图示于附图2。
实施例2
称取112mg Cu(CH3CN)4PF6溶解在20mL乙腈中，称取159mg三苯基膦和59mg的2-PBO配体溶解在20mL乙腈中(所述三种反应物的摩尔比为1∶2∶1)，将这两种乙腈溶液混合，并搅拌使之充分发生配位反应，最后将所得黄色溶液过滤，并旋蒸除去所有溶剂，真空干燥，得到晶状黄色粉末即为产物，产率98％(以Cu计)。
对配合物Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)的纯相粉末样品进行了一系列性能测试。显微熔点测试显示其熔点为180摄氏度。TG和DSC测试表明该材料具有较好的热稳定性，其起始分解温度达到250摄氏度，在其熔点以前没有其他明显的热转变，见附图3。对本发明材料粉末进行了稳态荧光测试，结果表明该材料在不同的激发波长作用下，都能发射出强烈的纯正黄光，色坐标值为(0.4914，0.4913)，具体的发射光谱和激发光谱如附图，5和附图6所示。而对该材料的瞬态荧光测试表明，其发光寿命为7.5微秒，属于磷光发射。可见，该材料可应用于多种波长激发的黄色色磷光材料，也非常适合用于OLED发光层的黄色磷光材料。

Claims (5)

1.一种黄色磷光Cu(I)配合物发光材料，其特征在于：化合物的结构式为Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)，式中TPP为熟知的电中性含P配体三苯基膦；式中2-PBO为电中性杂环配体2-(2-苯并噁唑)吡啶，该配体是苯并噁唑利吡啶的结合体，其分子结构如式(I)：
Figure FSA00000785657400011
室温下该化合物的单晶体采用单斜晶系，P-1(No.2)空间群，晶胞参数a＝10.785(2)，b＝13.052(3)，
Figure FSA00000785657400012
α＝85.57(3)°，β＝79.16(3)°，γ＝79.08(3)°，
Figure FSA00000785657400013
Z＝2.Do＝1.4106g/cm3，晶体颜色为黄色；该化合物结构表现为离子型配合物，其中的抗衡阴离子为六氟磷酸根，而阳离子则是由亚铜离子利配体TPP、2-PBO络合形成的配位阳离子；该配位阳离子中Cu(I)采用CuN2P2四面体配位模式，其中两个N分别来自于一个双齿螯合的2-PBO配体中的吡啶基团和苯并噁唑基团，而两个P分别来自于两个TPP配体；其分子结构如式(II)：
Figure FSA00000785657400014
2.根据权利要求1所述黄色磷光Cu(I)配合物发光材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)室温下将Cu(CH3CN)4PF6粉末完全溶解于乙腈中；
(2)室温下将配体TPP和2-PBO的粉末完全溶解于乙腈中；
(3)将所述两种乙腈溶液混合，并搅拌使之充分发生配位反应；
(4)将反应液过滤，并将所得滤液在抽真空条件下旋蒸，除去溶剂即得到黄色的晶状粉末产物。
3.根据权利要求1所述黄色磷光Cu(I)配合物发光材料的制备方法，其特征在于：所述三种反应物的投料比(摩尔比)Cu(CH3CN)4PF6∶TPP∶2-PBO为1∶2∶1。
4.根据权利要求1所述黄色磷光Cu(I)配合物发光材料的应用，其特征在于所述发光材料可应用于黄光光致发光材料。
5.根据权利要求1所述黄色磷光Cu(I)配合物发光材料的应用，其特征在于所述发光材料可用作多层有机材科组成的电致发光器件中的发光层磷光材料。
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