CN104292266A - 一种膦硫基电子传输材料及其制备方法和有机电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明属于有机半导体领域，其公开了一种膦硫基电子传输材料及其制备方法和有机电致发光器件；该主体材料的结构式如下：

Description

一种膦硫基电子传输材料及其制备方法和有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种膦硫基电子传输材料及其制备方法。本发明还涉及一种使用膦硫基电子传输材料作为电子传输层材质的有机电致发光器件

背景技术

有机电致发光器件有轻、薄、自发光、低消耗功率、不需要光源、无视角限制、高反应速率及可制作在软性基板等优良特性，已被视为平面显示器和软性显示器的明日之星。传统的电子传输材料的载流子迁移率是空穴传输材料的千分之一，且热稳定性不佳，因此，常导致发光效率不佳或是元件寿命不长等问题，根据相关文献表示，电子传输材料所占电荷消耗比率达35.9%，是仅次于发光层的消耗（39.8%），因此现今开发高载流子的电子传输材料是现今OLED才材料开发的重点。

Alq₃因具有好的成膜性，因此，是目前常用的电子传输材料的主发光体，不过陆续有一些载流子迁移率和T_g高于Alq₃的材料出现，如金属（Be,Al,Zn）络合物、1,2,4-膦硫（TAZ）的衍生物、含氟化合物和含硅化合物等，然而，这些已知的材料载流子迁移率仍不佳，且有着热稳定性不佳或运用在器件上产生电流密度低等问题，因此，开发新的电子传输材料是一个很重要的课题。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种电子迁移率高的膦硫基电子传输材料。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种膦硫基电子传输材料，其结构式如下：

即2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉；

本发明实施例的另一目的在于提供一种膦硫基电子传输材料的制备方法，包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

A：即2,7-二溴-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉；

B：即二苯基(4-频哪醇硼酸酯苯基)膦硫；

在无氧环境（优选氩气、氮气中的至少一种气体组成的无氧环境）下，将摩尔比为1:2～2.4的化合物A和B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中溶解后，于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96小时，降温后停止聚合反应，经分离提纯反应液，得到如下结构式的所述膦硫基电子传输材料：

其中，所述催化剂为所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯，四三苯基膦钯；或者

所述催化剂为摩尔比为1:4～8的醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物，或者摩尔比为1:4～8的三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯混合物；

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

所述碱溶液选自碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种，所述碱溶液中，碱溶质与化合物A的摩尔比为20:1。

在优选的实施例中，有机溶剂选自溶剂为甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，Suzuki耦合反应是在90～120℃下、反应24～36小时进行的。

在优选的实施例中，分离提纯反应液包括步骤：

反应停止后，向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到粉末，收集后的粉末再在真空下50°C干燥24h后，得到所述膦硫基电子传输材料。

本发明还提供一种使用上述所述膦硫基电子传输材料作为电子传输层材质的有机电致发光器件。

本发明的膦硫基电子传输材料中，二苯基吡啶并喹啉具有大平面刚性结构；二苯膦硫基团含有吸电子P=S，是一个较好的电子传输单元；因此该材料电子迁移率较高、热稳定性较好，作为电子传输层用于器件中能提高发光效率。

上述膦硫基电子传输材料的制备方法，采用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，原材料价廉易得，使得制造成本降低；且制得的聚合材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良，可适用于有机电致发光器件。该材料具有较高的电致发光效率。

附图说明

图1为实施例1制得的膦硫基电子传输材料的热失重分析图；

图2为实施例5制得的有机电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明专利的内容，下面通过具体的实例和图例来进一步说明本发明的技术案，具体包括材料制备和器件制备，但这些实施实例并不限制本发明，其中化合物A、化合物B从市场上购买得到。

实施例1：

本实施例的膦硫基电子传输材料，即2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉，其制备步骤如下：

在氩气保护下，将2,7-二溴-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉（98mg,0.2mmol）、二苯基(4-频哪醇硼酸酯苯基)膦硫(168mg,0.4mmol)加入盛有10ml甲苯溶剂的烧瓶中，充分溶解后将碳酸钾(2mL,2mol/L)溶液加入到烧瓶中，抽真空除氧并充入氩气，然后加入双三苯基膦二氯化钯（5.6mg,0.008mmol）；将烧瓶加热到120℃进行Suzuki耦合反应24h。随后，降温后停止聚合反应，向烧瓶中滴加50ml甲醇中进行沉降；通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提24h。然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到红色粉末，收集后在真空下50℃干燥24h得到产物，产率78%。质谱：m/z916.2（M⁺+1）；元素分析（%）C₆₀H₄₂N₂P₂S₂:理论值：C78.58,H4.62,N3.05,P6.75,S6.99；实测值：C78.66,H4.53,N3.10,P6.83,S6.92.

图1为实施例1制得的膦硫基电子传输材料的热失重分析图；其中，热失重分析是由Perkin-Elmer Series7热分析系统测量完成的，所有测量均在室温大气中完成。由图1可知，膦硫基电子传输材料5%的热失重温度(T_d)是422℃。

实施例2：

本实施例的膦硫基电子传输材料，即2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉，其制备步骤如下：

氮气和氩气混合气保护下，将2,7-二溴-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉(167mg,0.3mmol)、二苯基(4-频哪醇硼酸酯苯基)膦硫(252mg,0.6mmol)和15mL四氢呋喃加入50mL规格的两口瓶中，充分溶解后通入氮气和氩气的混合气排空气约20min后，然后将四三苯基膦钯（4mg,0.003mmol）加入其中，充分溶解后再加入碳酸氢钠(3mL,2mol/L)溶液。再充分通氮气和氩气的混合气排空气约10min后,将两口瓶加入到70℃进行Suzuki耦合反应96h。随后，降温后停止聚合反应，向两口瓶中加入40mL甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提24h。然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到红色固体，收集后在真空下50℃干燥24h后得到产物。产率为81%。

实施例3：

本实施例的膦硫基电子传输材料，即2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉，其制备步骤如下：

氮气保护下，将2,7-二溴-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉(167mg,0.3mmol)、二苯基(4-频哪醇硼酸酯苯基)膦硫(277mg,0.66mmol)、醋酸钯(3.5mg,0.015mmol)和三（邻甲氧基苯基）膦(21mg，0.06mmol)加入到盛有12mL的N,N-二甲基甲酰胺的烧瓶中，充分溶解后加入碳酸钾(3mL,2mol/L)溶液，随后往烧瓶中通氮气排空气约30min后；将烧瓶加热到130℃进行Suzuki耦合反应12h。随后，降温后停止聚合反应，向烧瓶中加入40mL甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提24h；然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到红色粉末，收集后在真空下50℃干燥24h后，即为产物，产率87%。

实施例4：

本实施例的膦硫基电子传输材料，即2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉，其制备步骤如下：

氮气保护下，将2,7-二溴-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉(167mg,0.3mmol)、二苯基(4-频哪醇硼酸酯苯基)膦硫(302mg,0.72mmol)、三二氩苄基丙酮二钯(9mg,0.009mmol)和2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯(29mg，0.072mmol)加入到盛有12mL的N,N-二甲基甲酰胺的烧瓶中，充分溶解后加入碳酸氢钠(3mL,2mol/L)溶液。随后往烧瓶中通氮气排空气约30min后；将烧瓶加热到90℃进行Suzuki耦合反应36h。随后，降温后停止聚合反应，向烧瓶中加入40mL甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提24h；然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到红色粉末，收集后在真空下50℃干燥24h后，得到产物，产率为83%。

实施例5：

本实施例为有机电致发光器件，其电子传输层采用实施例1至4任一制得的膦硫基电子传输材料，即2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉（DPQPS）。

如图2所示，该有机电致发光器件包括依次层叠的结构：导电衬底层1，空穴注入层2，空穴传输层3，发光层4，电子传输层5、电子注入层6，阴极层7；其中，各功能层的材质和厚度如下：

导电衬底层1包括衬底，以及沉积在衬底表面的阳极层；本实施例中，衬底的材质优选为玻璃，阳极层的材质为铟锡氧化物（ITO），其与玻璃结合在一起，简称ITO玻璃，常用ITO代替；ITO的厚度为150nm；

空穴注入层2的材质为酞菁铜（CuPc）；空穴注入层2的厚度为30nm；

空穴传输层3的材质为4，4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯（NPB）；空穴传输层3的后的为40nm；

发光层4的材质为双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱（III）（FIrpic）按照12%的质量百分数掺杂到9,9'-(1,3-苯基)二-9H-咔唑（mCP）中组成的掺杂混合物；表示为mCP:FIrpic;发光层4的厚度为20nm；

电子传输层5的材质为实施例1至4任一制得的2,7-二(4-(二苯基膦硫)苯基)-4,9-二苯基吡啶并[2,3-g]喹啉（DPQPS）；电子传输层5的厚度为30nm；

电子注入层6的材质为LiF，电子注入层6的厚度为1nm；

阴极层7的材质为铝，阴极层7的厚度为100nm。

该有机电致发光器件的结构可以表示为：

ITO玻璃/CuPc/NPB/mCP:FIrpic/DPQPS/LiF/Al；其中，斜杆“/”表示层状结构。

该有机电致发光器件制作的具体方法为：

在经过清洗的导电玻璃（ITO）衬底的阳极层ITO上依次蒸镀CuPc，NPB，mCP:FIrpic、DPQPS,LiF、Al，制得有机电致发光器件。

在室温、大气中，采用带有校正过得硅光电二极管的Keithley源测量系统（Keithley2400Sourcemeter、Keithley2000Cuirrentmeter），电致发光光谱是由法国JY公司SPEX CCD3000光谱仪测量的，对制备的有机电致发光器件进行电流-亮度-电压特性测量；测试结果显示，该有机电致发光器件在启动电压为3.8V，在1000cd/m²的亮度下，流明效率为6.9lm/W。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种膦硫基电子传输材料，其特征在于，其结构式如下：

2.一种膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

在无氧环境下，将摩尔比为1:2～2.4的化合物A和B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中溶解，于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96小时，降温后停止聚合反应，分离提纯反应液，得到如下结构式的所述膦硫基电子传输材料：

3.根据权利要求2所述的膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯，四三苯基膦钯；所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

4.根据权利要求2所述的膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为摩尔比为1:4～8的醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物，或者摩尔比为1:4～8的三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯混合物；所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

5.根据权利要求2所述的膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种；所述碱溶液中，碱溶质与化合物A的摩尔比为20:1。

6.根据权利要求2所述的膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，Suzuki耦合反应是在90～120℃下、反应24～36小时进行的。

8.根据权利要求2所述的膦硫基电子传输材料的制备方法，其特征在于，分离提纯反应液包括步骤：

反应停止后，向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到粉末，收集后的粉末再在真空下50°C干燥24h后，得到所述膦硫基电子传输材料。

9.一种有机电致发光器件，其特征在于，该器件的电子传输层的材质采用如权利要求1所述的膦硫基电子传输材料。