CN104946239B - 一种基于稀土铕和香豆素的单分子白光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于稀土配合物、有机化学和材料化学技术领域，具体涉及到利用稀土配合物和多功能有机发色团组合制得的白光材料以及其制备方法。在合成易得的香豆素水合肼原料基础上，利用希夫碱反应引入稀土铕配位点，通过希夫碱上的氮原子，羰基上的氧原子，以及稀土铕配合物TTA(TTA‑2‑噻吩甲酰三氟丙酮)提供的氧原子配位点，和稀土铕形成八齿螯合配合物，通过香豆素衍生物部分的蓝光发射和稀土铕配合物红光发射实现单分子的白光发射。当合理调控其激发波长和浓度这两个变量，单分子白光材料CRPy‑Eu能够发射较纯正的白光。
Description
技术领域
本发明属于稀土配合物、有机化学和材料化学技术领域，具体涉及到利用稀土配合物和多功能有机发色团组合制得的白光材料以及其制备方法。
背景技术
白色发光材料具有在全色显示、液晶的背光源和固态照明应用方面的潜在优势，现在已经成为人们研究的热点之一。在制备成白色电致发光器件时，单分子白光材料相比于大多数共掺混色发光和多发光层的方法得到白光具有更好的可重复性，稳定性以及更简单的制备工序，因此已成为目前研究的主流方向。单分子的白色发光材料主要包括聚合物和小分子两大类。单分子聚合物白光材料的发展已经取得了很好的进展，但是小分子白光材料却仍处于发展初期。相比于聚合物白光材料，小分子白光材料在合成制备上更具优势，并且可以采用真空蒸镀制得均匀致密的薄膜，易于放量生产，具备其它无机材料和聚合物无可比拟的优势，是技术上有望最先取得突破的白光材料之一。目前在小分子白光材料上的一些工作，多数是利用激基缔合物(Adv.Mater.2004,16,1538-1541)或分子异构体来实现白光的(Adv.Mater.2007,19,1113-1117)，这使其白光的产生多少具有一定的偶然性。而开发由具有补色的发色团组成的单分子白光材料来制备电致发光器件则成为大势所趋。
稀土荧光材料以其优异的荧光性能在发光材料领域受到广泛关注，它本身发射波长窄、荧光寿命长，性质介于无机和有机之间，它们除具备好的发光性质外，还可作为载流子传输材料。利用稀土配合物与传统的有机电致发光材料中的有机发光小分子组合于一个分子内，通过组分间的合作和协同作用实现白光材料的开发，将为其走向工业化，作为大屏幕全色显示器、照明光源等高科技产品真正步入老百姓的生活提供广阔的前景。
发明内容
本发明的目的是将具有红光发射的稀土铕配合物和蓝光发射的香豆素有机荧光团集中于一个单分子白光材料，并调控其激发波长和浓度，使红光和蓝光合理匹配得到较为纯正的白光发射。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：在合成易得的香豆素水合肼原料基础上，利用希夫碱反应引入稀土铕配位点，通过希夫碱上的氮原子，羰基上的氧原子，以及稀土铕配合物TTA(TTA-2-噻吩甲酰三氟丙酮)提供的氧原子配位点，和稀土铕形成八齿螯合配合物，通过香豆素衍生物部分的蓝光发射和稀土铕配合物红光发射实现单分子的白光发射，其具体结构式如下：
制备上述结构的单分子白光材料的的制备反应式如下：
反应步骤如下：
a、将香豆素酯溶于乙醇溶液中，慢慢滴入五倍摩尔量的水合肼，反应液常温搅拌三十分钟，析出的固体过滤得黄色固体粉末。
b、将a步骤得到的黄色固体粉末和2-吡啶甲醛按照1：1.5的比例混合后，溶解于乙醇溶液中，加热回流二小时，反应液静止冷却，析出的固体过滤收集得黄色粉末CRPy。
c、将b步骤得到的黄色固体粉末溶于二氯甲烷和乙醇的混合溶液中，二氯甲烷和乙醇的体积比为1：1，向溶液中滴加质量浓度20％的Eu(TTA)3(H2O)2乙醇溶液，反应液加热回流六小时。反应液冷却至室温，正己烷扩散产生沉淀。沉淀过滤，粗产品用THF(四氢呋喃)重结晶。得到黄色目标产物CRPy-Eu。
从单分子白光材料CRPy-Eu的紫外吸收光谱可显示出其主要吸收峰来自组成它的稀土铕配合物和香豆素荧光团，当每隔5nm对其激发，观察其荧光发射颜色的变化，发现其激发波长从360nm增加到435nm的过程中，其荧光颜色从红色变到白色，变化明显，最后只有蓝光发射，这说明通过调节单分子白光材料CRPy-Eu的激发波长可以调控其荧光发射的颜色的变化。调节单分子白光材料CRPy-Eu的浓度，测试其对荧光颜色的影响，发现荧光颜色随着CRPy-Eu的浓度的变化而变化，这就说明单分子白光材料CRPy-Eu的浓度变化也是影响其荧光发射颜色的一个重要因素。
将单分子白光材料CRPy-Eu在不同浓度和激发波长下的荧光光谱对应的CIE坐标值标出，当单分子白光材料CRPy-Eu浓度为30uM，激发波长为388nm时，此时其CIE坐标值为(0.35,0.34)，接近于纯白光(0.33,0.33)。
本发明的有益效果是，利用稀土铕和香豆素制备得出的单分子白光材料CRPy-Eu，当合理调控其激发波长和浓度这两个变量，单分子白光材料CRPy-Eu能够发射较纯正的白光，可以作为一种潜在的白色有机发光材料。
附图说明
图1是本发明中单分子白光材料CRPy-Eu(实施例1c)的质谱；
图2是实施例1c紫外吸收光谱图；
图3是实施例1c在激发波长从350nm增加到385nm时的荧光光谱图；
图4是实施例1c在激发波长从390nm到450nm处荧光光谱变化放大图；
图5实施例1c荧光光谱CIE坐标值随激发波长和浓度变化图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明内容，用具体实施例说明如下，具体实施例不限定本发明内容范围。
实施例1
单分子白光材料的合成
a香豆素酯(2g,0.70mmol)溶于30毫升乙醇溶液中，慢慢滴入五倍摩尔量的水合肼，反应液常温搅拌三十分钟，析出的固体过滤得黄色固体粉末(1.71g,0.62mmol)，粗产品未进一步提纯直接用于下一步反应。
b将a步骤得到的化合物1(500mg,1.82mmol)和2-吡啶甲醛(292mg,2.73mmol)混合后的乙醇溶液加热回流二小时。TLC确定反应结束后，反应液静止冷却，析出的固体过滤收集得黄色粉末(529mg,1.45mmol).收率：80％。黄色粉末的氢谱、碳谱和质谱为1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)12.05(s,1H,-NH-),8.85(s,1H,–N＝CH-),8.62(d,1H,J＝8.0Hz,ArH),8.29(s,1H,ArH),8.23(d,1H,J＝8.0Hz,ArH),7.74(d,1H,J＝8.8Hz,ArH),7.48(d,1H,J＝8.8Hz,ArH),7.29(m,1H,ArH),6.69(d,1H,J＝8.8Hz,ArH),6.53(s,1H,ArH),3.47(q,4H,J＝6.4Hz,-CH2CH3),1.25(t,4H,J＝6.4Hz,-CH2CH3).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ(ppm)162.7,160.2,157.9,153.2,153.1,149.4,149.3,148.7,136.3,131.4,124.2,121.3,110.3,108.8,108.6,96.6,45.2,12.4.TOF MS calcd for C33H30N4O3364.1535,found364.1532。
c将b步骤得到的化合物CRPy(80mg,0.22mmol)的二氯甲烷和乙醇的混合溶液(溶液体积比为1：1)中滴加Eu(TTA)3(H2O)2(94mg,0.11mmol)的乙醇溶液(质量浓度20％)，反应液加热回流六小时。反应液冷却至室温，正己烷扩散产生沉淀。沉淀过滤，粗产品用THF重结晶，得到黄色固体。收率：81％。黄色固体的氢谱、碳谱和质谱为HRMS(ESI)calculated for[Eu(TTA)2(CRPy)]+959.1,found 959.3.HRMS(ESI)calculated for[Eu(TTA)2(CRPy)2]+1323.2,found 1323.5。
实施例2
实施例1c的质谱
CRPy-Eu在乙腈中的质谱如附图1所示，只有三个明显的峰959.2750,1037.3177和1323.5320。这几个峰分别对应[Eu(TTA)2(CRPy)]+,[Eu(TTA)2(CRPy)+CH3OH+C2H5OH]+和[Eu(TTA)2(CRPy)2]+，这与IsoPro 3.0program的模拟结果相符，实验数据和理论计算结果能够很好地吻合。说明化合物CRPy-Eu在溶液中是能够稳定存在的。
实施例3
紫外吸收光谱测定
称取实施例1中b步骤和c步骤的材料以及Eu(TTA)3，分别配制成10-5μm的乙腈溶液，测定其紫外吸收光谱，测试结果见附图2，CRPy的紫外最大吸收峰在432nm(logε＝4.85)处，铕的TTA配合物的紫外最大吸收峰在336nm(logε＝4.71)处。化合物CRPy-Eu的紫外吸收光谱上有两个明显的特征吸收峰，一个是336nm(logε＝4.75)处的紫外吸收，这个峰和铕的TTA配合物峰是相吻合的，应当归属于Eu的TTA配合物特征吸收。另一个就是438nm(logε＝4.74)处的紫外吸收，这说明和铕配位后，属于CRPy的432nm处特征吸收峰的红移至438nm处，这可能是由于和金属配位后分子极性增大的原因。
实施例4
实施例1c材料在不同激发波长下荧光光谱测定
称取实施例1中c步骤的材料配制成10-5μm的乙腈溶液，当激发波长从350nm变化到450nm时观察其荧光发射光谱的变化，测试结果见附图3和图4。当激发波长从350nm处增加到385nm处，这一过程中，荧光光谱都是稀土铕配合物的红光发射占主导，肉眼看到的只有红色荧光发射。当激发波长继续增大，稀土铕的红色荧光逐渐减弱，而属于香豆素部分的蓝光发射逐渐增强，红光和蓝光是互补色，在适当的激发波长下激发时，如果它们的荧光强度匹配，化合物CRPy-Eu就有可能发射白光。
实施例5
实施例1c材料荧光光谱CIE坐标值随激发波长和浓度的变化
称取实施例1中c步骤的材料配制成不同浓度的乙腈溶液，分别测试其在不同激发波长下的CIE坐标值，测试结果见附图5。当化合物CRPy-Eu浓度1uM时，370nm处激发波长只能看到红色荧光，此时其荧光颜色为红色，处于CIE坐标图中的红色区域，当激发波长逐渐增加，其蓝色荧光逐渐增强，其CIE坐标逐渐改变成白光，并向蓝光区域过渡，当激发波长420nm时就全部处于蓝光区域了。并且，随着化合物CRPy-Eu浓度的增大，由于香豆素部分的缔合，蓝光向绿光过渡，化合物CRPy-Eu的CIE的坐标也逐渐靠向绿光区。当化合物CRPy-Eu浓度为30uM，激发波长为388nm时，此时其CIE坐标值为(0.35,0.34)，接近于纯白光(0.33,0.33)。这个实验结果证明，合理调控化合物的激发波长和浓度这两个变量，化合物CRPy-Eu能够发射较纯正的白光，可以作为一种潜在的白色有机发光材料。
Claims (3)
1.一种基于稀土铕和香豆素的单分子白光材料，其特征在于，单分子白光材料结构为：
2.根据权利要求1所述的一种基于稀土铕和香豆素的单分子白光材料，其特征在于，其制备方法的反应式为：
反应步骤为：
a、将香豆素酯溶于乙醇溶液中，慢慢滴入五倍摩尔量的水合肼，反应液常温搅拌三十分钟，析出的固体过滤得黄色固体粉末；
b、将a步骤得到的黄色固体粉末和2-吡啶甲醛按照1：1.5的比例混合后，溶解于乙醇溶液中，加热回流二小时，反应液静止冷却，析出的固体过滤收集得黄色粉末CRPy；
c、将b步骤得到的黄色固体粉末溶于二氯甲烷和乙醇的混合溶液中，二氯甲烷和乙醇的体积比为1：1，向溶液中滴加质量浓度20％的Eu(TTA)3乙醇溶液，反应液加热回流六小时，反应液冷却至室温，正己烷扩散产生沉淀，沉淀过滤，粗产品用THF重结晶，得到黄色目标产物CRPy-Eu。
3.根据权利要求2所述的一种基于稀土铕和香豆素的单分子白光材料，其特征在于，当CRPy-Eu浓度为30uM，激发波长为388nm时，其CIE坐标值为(0.35,0.34)，接近于纯白光发射。
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