CN110759950B - 一种有机磷发光材料、其制备方法以及由其制成的有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机磷发光材料、其制备方法以及由其制成的有机电致发光器件,所述有机磷发光材料的结构如化学式1所示:
Description
技术领域
本发明涉及有机光电材料领域,具体涉及一种有机磷发光材料、其制备方法以及由其制成的有机电致发光器件。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)又称为有机电激光显示、有机发光半导体。由美籍华裔教授邓青云(Ching W.Tang)于1979年在实验室中发现。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。有机电致发光技术是最新一代平板显示技术,可用于平板显示器和照明光源,目前商品化的平板显示器已投入市场。照明光源由于其自身的绝对优势也很快将产业化。电致发光器件具有全固态结构,有机电致发光材料是构成该器件的核心和基础。新材料的开发是推动电致发光技术不断进步的源动力。对原有材料制备和器件优化也是现在有机电致发光产业的研究热点。
而磷光发光现象自从发现以来,一直受到大家的追崇,因为磷光材料的发光效率明显高于荧光材料的发光效率,从理论上能达到100%的发光效率,所以很多科研机构都在加大磷光材料的研发力度,试图通过磷光材料来加快产业化发展。但是由于磷光材料合成价格比较高,合成工艺要求比较高,并且在合成过程中容易污染环境,其提纯要求比较高,寿命短,效率低。因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明提供一种有机磷发光材料、其制备方法以及由其制成的有机电致发光器件。本发明提供的有机磷发光材料是一种新型的铱金属配合物,通过选择特定的杂环的配体结合,调节化合物的波长,得到的有机金属化合物在用于有机电致发光器件后,使得器件的发光效率提高,而且使用寿命长。
为了解决现有技术的不足之处,本发明的技术方案具体如下:
本发明提供一种有机磷发光材料,其结构如化学式1所示:
化学式1中:
m是0、1或2,n是1、2或3,m+n=3;
R1、R2、R3、R6表示单、二、三、四取代基或无取代基;R4表示单、二取代基或无取代基;R5表示单、二、三取代基或无取代基;
R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自由以下取代基团组成的群组:氢、氘、卤素、氰基、-CF3、硅烷基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、腈基、硫基、亚磺酰基、磺酰基、膦基、取代或非取代的烷基、取代或非取代的环烷基、取代或非取代的杂环烷基、取代或非取代的烷氧基、取代或非取代的烯基、取代或非取代的炔基、烷基氨基、芳基氨基、取代或非取代的芳基、芳氧基、取代或非取代的杂芳基。
在上述技术方案中,优选所述R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自由以下取代基团组成的群组:取代或非取代的C1~C12烷基、取代或非取代的C3~C15环烷基、取代或非取代的C3~C12杂环烷基、取代或非取代的C1~C8烷氧基、取代或非取代的C2~C6烯基、取代或非取代的C2~C6炔基、C1~C12烷基氨基、C6~C18芳基氨基、取代或非取代的C6~C30芳基、C6~C30芳氧基、取代或非取代的C4~C12杂芳基。
在上述技术方案中,优选R1、R2、R3各自独立的与所在环上其他取代基相互形成取代或非取代的C3~C30环烷基、取代或非取代的C3~C30杂环烷基、取代或非取代的C6~C18芳环、或者取代或非取代的C4~C18杂芳基。
在上述技术方案中,优选R3、R4、R5、之间相互形成取代或非取代的C3~C12环烷基、C3~C12杂环烷基、取代或非取代的C6~C18芳环、或者取代或非取代的C4~C18杂芳基。
在上述技术方案中,所述烷基为直链烷基、或支链烷基;优选的烷基为碳数1~8的烷基,包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基,另外,烷基可以是任选地被取代的;
所述环烷基包括单环、多环、或螺烷基。优选为C3~C15的环烷基,包括环丙基、环戊基、环己基、金刚烷胺基等。环烷基可以是任选地被取代。所述的环烷基上的碳原子可被至少一个杂原子取代,杂原子为N、O、S、Si、Se、Ge中的至少一种,优选为N、O、S;
所述杂环烷基为至少含有一个杂原子的环烷基;杂环烷基中的杂原子至少一个选自N、O、S、P、B、Si、Se、Ge,但不限于此,优选为N、O、S;杂环烷基可以是任选地被取代的;优选的杂环烷基是含有包括至少一个杂原子的3到7个环原子的杂环烷基,并且包括环胺,如吗啉基、哌啶基、吡咯烷基、四氢呋喃、四氢吡喃等;
所述“芳基”涵盖单环基团和多环系统。多环可以具有其中两个碳为两个邻接环共用的两个或更多个环,其中所述环中的至少一者是芳香族的,例如其它环可以是环烷基、环烯基、芳基、杂芳基。芳基优选为碳数为6~20的芳基,包括苯、联苯、三联苯、萘、蒽、菲、芘、芴等;在本说明书中,芴基可以被取代,并且两个取代基可以彼此键合以形成螺环结构;当芴基被取代时,可以包括螺芴基如以及经取代的芴基如(9,9-二甲基芴基)和(9,9-二苯基芴基);然而,结构不限于此。另外,芳基可以是任选地被取代的;
所述“杂芳基”包括一到三个杂原子的单环杂芳香族基团,例如吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪和嘧啶等;杂芳基还包括具有其中两个原子(碳原子或杂原子)为两个邻接环共用的两个或更多个环的多环系统,其中所述环中的至少一者是杂芳基,其它环可以是环烷基、环烯基、芳基、杂环烷基或杂芳基;杂芳基中的杂原子至少一个选自N、O、S、P、B、Si、Se、Ge,但不限于此,优选为N、O、S;杂芳基可以是任选地被取代的;
所述“卤素”包括氟、氯、溴、碘;
R1~R6可以无取代或者任意地被一个或者多个选自由以下取代基团组成的群组的取代基取代:氢、氘、卤素、酰基、羰基、羧酸基、醚基、酯基、腈基、硫基、亚磺酰基、磺酰基、膦基、烷基、烷氧基、芳氧基、烷基氨基、芳基氨基、硅烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、螺环基。优选的为氢、卤素、氘、烷基氨基、芳基氨基、氰基、硝基、羟基、巯基、烷基的一种或几种;
R1~R6优选自由以下取代基团组成的群组:氢、氘、卤素、氰基、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳基、取代或非取代的杂芳基。
在上述技术方案中“取代”意指与化合物的碳原子键合的氢原子变成另外的取代基,并且取代的位置没有限制,只要该位置为氢原子被取代的位置(即,取代基可以取代的位置)即可,并且当两个或更多个取代基取代时,两个或更多个取代基可以彼此相同或不同
在上述技术方案中,进一步优选所述R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自由以下取代基团组成的群组:
在上述技术方案中,优选所述有机磷发光材料选自以下结构中的任意一种:
其中式I、式II和式III三种结构优选于式III,其中的R1、R2、R3、R4、R5与R6基团和它们的取代基个数与化学式1中所限定的范围一致,这里不再赘述。
在上述技术方案中,最优选所述有机磷发光材料选自以下结构中的任意一种:
本发明还提供一种式I、式II、式III所示结构的有机磷发光材料的制备方法,包括以下步骤:
式I所示结构的有机磷发光材料的制备方法,具体合成步骤如下:
步骤1、将原料A-01与三氯化铱溶解到乙二醇乙醚/水的混合溶剂中,充分反应,制得桥联配体中间体B-01;
步骤2、将中间体B-01与三氟甲烷磺酸银,加入二氯甲烷和甲醇,充分反应,制得中间体C-01;
步骤3、将中间体C与中间体D-01,加入无水乙醇,充分反应,制得式I所示结构的有机磷发光材料;
其合成路线如下:
式II所示结构的有机磷发光材料的制备方法,具体合成步骤如下:
步骤1、将原料A-02与三氯化铱溶解到乙二醇乙醚/水的混合溶剂中,充分反应,制得桥联配体中间体B-02;
步骤2、将中间体B-02与三氟甲烷磺酸银,加入二氯甲烷和甲醇,充分反应,制得中间体C-02;
步骤3、将中间体C-02与中间体D-02,加入无水乙醇,充分反应,制得式II所示结构的有机磷发光材料;
其合成路线如下:
式III所示结构的有机磷发光材料的制备方法,具体合成步骤如下:
步骤1、将原料A-03与三氯化铱溶解到乙二醇乙醚/水的混合溶剂中,充分反应,制得桥联配体中间体B-03;
步骤2、将中间体B-03与三氟甲烷磺酸银,加入二氯甲烷和甲醇,充分反应,制得中间体C-03;
步骤3、将中间体C-03与中间体D-03,加入无水乙醇,充分反应,制得式III所示结构的有机磷发光材料;
上述合成路线中的R1、R2、R3、R4、R5与R6基团和它们的取代基个数与化学式1中所限定的范围一致,这里不再赘述。
本发明还提供一种由上述化学式1所示结构的有机磷发光材料制备的有机电致发光器件。
本发明的有益效果是:
本发明提供的有机磷发光材料是一种新型的铱金属配合物,通过选择特定的杂环的配体结合,调节化合物的波长,得到的有机金属化合物在用于有机电致发光器件后,使得器件的发光效率提高,而且使用寿命长。
本发明提供的有机磷发光材料的制备方法,合成路线简单,原料易得,产率高。
具体实施方式
为了更进一步描述本发明的方法,以下列举更详尽的实施例进行说明。
实施例1制备化合物L001
①在氮气保护体系下,称取A-001(2-苯基吡啶64.5mmol,10g),IrCl3·3H2O(24.8mmo1,8.75g)放入反应体系中,加入300mL乙二醇乙醚和100mL纯净水的混合溶液,氮气保护下回流24小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到黄色粉末的桥联配体B-001(6.64g,产率为50%)。
②称取中间体B-001(4.67mmol,5g),加入三氟甲烷磺酸银(14mmol,3.6g),再向体系中加入二氯甲烷100mL,加入甲醇40mL,氮气保护下,回流24小时,冷却到室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出。得到黄色粉末的铱配合物中间体C-001(6.2g,产率93%)。
③称取中间体C-001(8.4mmol,6g),加入配体D-001(25.2mmol,8.5g),再向体系中加无水乙醇200mL,氮气保护下,回流24小时,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用硅胶柱层析,滤液浓缩固体析出,得到最终黄色的化合物L001 1.3g,产率18.6%。
HPLC纯度:大于99%。
质谱:计算值为835.99;测试值为836。
元素分析:计算值C:64.65%;H:3.74%;N:6.70%;Ir:22.99%;O:1.91%;测试值为:C:64.60%;H:3.70%;N:6.75%;Ir:23.00%;O:1.90%。
实施例2制备化合物L044
①在氮气保护体系下,称取A-044(52.84mmol,10g),IrCl3·3H2O(21.12mmo1,7.45g)放入反应体系中,加入300mL乙二醇乙醚和100mL纯净水的混合溶液,氮气保护下回流24小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到黄色粉末的桥联配体B-044(6.8g,产率53%)。
②称取中间体B-044(4.96mmol,6g),加入三氟甲烷磺酸银(14.8mmol,3.8g),再向体系中加入二氯甲烷120mL,加入甲醇40mL,氮气保护下,回流24小时,冷却到室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出。得到黄绿色粉末的铱配合物中间体C-044(7g,产率90%)。
③称取中间体C-044(7.67mmol,6g),加入配体D-044(23.01mmol,7.8g),再向体系中加无水乙醇200mL,氮气保护下,回流24小时,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用硅胶柱层析,滤液浓缩固体析出,得到最终亮黄的化合物L044(1.5g,产率21.5%)。
HPLC纯度大于99%。
质谱:计算值为907.19;测试值为907.20。
元素分析:计算值C:64.88%;H:6.00%;N:6.18%;Ir:21.19%;O:1.80%;C:64.90%;H:6.00%;N:6.20%;Ir:21.20%;O:1.80%。
实施例3制备化合物L073
①在氮气保护体系下,称原料A-073(59.45mmol,20g),IrCl3·3H2O(19.8mmo1,7g)放入反应体系中,加入500mL乙二醇乙醚和167mL纯净水的混合溶液,氮气保护下回流18小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到黄色粉末桥联配体B-073(8.5g,产率为60%)。
②然后称取中间体B-073(5.9mmol,8.5g),加入三氟甲烷磺酸银(17.7mmol,4.55g,再向体系中加入二氯甲烷200mL,加入甲醇50mL,氮气保护下,回流24小时,冷却到室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出。得到黄绿色粉末的中间体C-073(10.1g,产率80%)。
③然后称取中间体C-073(9.4mmol,10.1g),加入配体D-073(28.2mmol.4.4g),再向体系中加无水乙醇250mL,氮气保护下,回流12小时,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用硅胶柱层析,滤液浓缩固体析出,得到最终亮黄的化合物L073(1.6g,产率16.67%)。
HPLC:纯度大于99%。
质谱:计算值为1017.18;测试值为1017.20。
元素分析:计算值C:67.31%;H:3.77%;N:6.89%;Ir:18.90%;O:3.15%;测试值为:C:67.30%;H:3.80%;N:6.90%;Ir:18.90%;O:3.10%。
实施例4制备化合物L127
①在氮气保护体系下,称原料A-127(59mmol,20g),IrCl3·3H2O(19.67mmo1,6.9g)放入反应体系中,加入600mL乙二醇乙醚和200mL纯净水的混合溶液,氮气保护下回流18小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干,得到黄色粉末桥联配体B-127(8.5g,产率为60%)。
②然后称取中间体B-127(5.9mmol,8.5g),加入三氟甲烷磺酸银(17.7mmol,4.45g),再向体系中加入二氯甲烷170mL,加入甲醇50mL,氮气保护下,回流24小时,冷却到室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,得到黄绿色粉末的中间体C-127(9.5g,产率75%)。
③然后称取中间体C-127(6.4mmol,9.5g),加入配体D-127(19.2mmol.3.3g),再向体系中加无水乙醇200mL,氮气保护下,回流24小时,抽滤,醇洗,烘干,用二氯甲烷做溶剂,用硅胶柱层析,滤浓缩至固体析出,得到最终亮黄的化合物L127(1g,产率15.2%)。
HPLC:纯度大于99.5%。
质谱:计算值为1040.26;测试值为1040.30。
元素分析:计算值C:66.97%;H:4.75%;N:6.73%;Ir:18.48%;O:3.08%测试值为:C:67.00%;H:4.80%;N:6.70%;Ir:18.50%;O:3.10%。
实施例5制备化合物L152
①在氮气保护体系下,称原料A-152(59mmol,20g),IrCl3·3H2O(19.67mmo1,6.9g)放入反应体系中,加入600mL乙二醇乙醚和200mL纯净水的混合溶液,氮气保护下回流18小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干,得到黄色粉末桥联配体B-152(8.5g,产率为60%)。
②然后称取中间体B-152(5.9mmol,8.5g),加入三氟甲烷磺酸银(17.7mmol,4.45g),再向体系中加入二氯甲烷170mL,加入甲醇50mL,氮气保护下,回流24小时,冷却到室温,柱层析(短柱)滤液浓缩至固体析出,得到黄绿色粉末的中间体C-152(9.5g,产率75%)。
③称取中间体C-152(6.4mmol,9.5g),加入配体D-152(19.2mmol,6.5g),再向体系中加无水乙醇300mL,氮气保护下,回流24小时,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷和甲苯做溶剂,用硅胶柱层析,滤液浓缩固体析出,得到最终亮黄的化合物L152(1.5g,产率15.6%)。
HPLC纯度大于99%。
质谱:计算值为1207.43;测试值为1207.40。
元素分析:计算值C:68.64%;H:4.51%;N:6.96%;Ir:15.92%;O:3.98%;测试值为:C:68.60%;H:4.50%;N:6.70%;Ir:15.90%;O:4.00%。
参照上述合成方法合成下表中的化合物,其他合成实施例质谱或分子式如下表所示:
本发明还提供了一种有机电致发光器件,所述有机电致发光器件由所述的有机磷发光材料制成,更具体的为由化学式1中的有机磷发光材料制成。
为了更进一步的描述本发明,以下列举更具体的实施例
实施例6
使用式L001的有机磷发光材料制备有机电致发光器件,其更具体的:
将涂层厚度为的ITO玻璃基板放在蒸馏水中清洗2次,超声波洗涤30分钟,用蒸馏水反复清洗2次,超声波洗涤10分钟,蒸馏水清洗结束后,异丙醇、丙酮、甲醇等溶剂按顺序超声波洗涤以后干燥,转移到等离子体清洗机里,将上述基板洗涤5分钟,送到蒸镀机里。首先ITO(阳极)上面蒸镀N1-(2-萘基)-N4,N4-二(4-(2-萘基(苯基)氨基)苯基)-N1-苯基苯-1,4-二胺("2-TNATA")60nm,紧接着蒸镀NPB 60nm、主体物质4,4'-N,N'-联苯二咔唑("CBP")和掺杂物质化合物L001 90:10重量比混合蒸镀30nm、蒸镀空穴阻挡层("BAlq")10nm厚度、蒸镀电子传输层"Alq3"40nm厚度、蒸镀电子注入层LiF 0.2nm、蒸镀阴极Al为150nm形式制备得到有机电致发光器件。对得到的器件的性能发光特性测试,测量采用KEITHLEY 2400型源测量单元,CS-2000分光辐射亮度计,以评价驱动电压,发光亮度,发光效率。
参照上述方法,将化合物L001分别替换为L044、L073、L127、L152、L002、L003、L005、L008、L015、L020、L023、L024、L026、L035、L050、L059、L060、L080、L086、L090、L110、L115、L121、L138、L142、L149、或L153,制备得到相应化合物的有机电致发光器件。
比较例1
按照实施例6相同的方法制备有机电致发光器件,发光层绿光掺杂化合物结构如下:
对制备的有机电致发光器件进行与实施例6相同的检测,结果见表1。
表1实施例7以及比较例1中有机电致发光器件检测结果
由表1可以看出,使用本发明提供有机磷发光材料作为发光层掺杂材料所制备的有机电致发光器件与使用比较化合物Ir(ppy)3作为发光层掺杂材料所制备的有机电致发光器件相比,驱动电压以及电流密度明显降低,发光效率以及寿命得到显著提高。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
2.根据权利要求1所述的有机磷发光材料,其特征在于,所述R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自由以下取代基团组成的群组:取代或非取代的C1~C12烷基、取代或非取代的C3~C15环烷基、取代或非取代的C3~C12杂环烷基、取代或非取代的C1~C8烷氧基、取代或非取代的C2~C6烯基、取代或非取代的C2~C6炔基、C1~C12烷基氨基、C6~C18芳基氨基、取代或非取代的C6~C30芳基、C6~C30芳氧基、取代或非取代的C4~C12杂芳基。
3.根据权利要求1所述的有机磷发光材料,其特征在于,R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自由以下取代基团组成的群组:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、环丙基、环戊基、环己基、金刚烷胺基、吗啉基、哌啶基、吡咯烷基、四氢吡喃、苯、联苯、三联苯、萘、蒽、菲、芘、芴、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、嘧啶。
7.一种权利要求5所述的有机磷发光材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
式I所示结构的有机磷发光材料的制备方法,具体合成步骤如下:
步骤1、将原料A-01与IrCl3·3H2O溶解到乙二醇乙醚/水的混合溶剂中,充分反应,制得桥联配体中间体B-01;
步骤2、将中间体B-01与三氟甲烷磺酸银,加入二氯甲烷和甲醇,充分反应,制得中间体C-01;
步骤3、将中间体C与中间体D-01,加入乙醇 ,充分反应,制得式I所示结构的有机磷发光材料;
其合成路线如下:
式II所示结构的有机磷发光材料的制备方法,具体合成步骤如下:
步骤1、将原料A-02与IrCl3·3H2O溶解到乙二醇乙醚/水的混合溶剂中,充分反应,制得桥联配体中间体B-02;
步骤2、将中间体B-02与三氟甲烷磺酸银,加入二氯甲烷和甲醇,充分反应,制得中间体C-02;
步骤3、将中间体C-02与中间体D-02,加入乙醇,充分反应,制得式II所示结构的有机磷发光材料;
其合成路线如下:
式III所示结构的有机磷发光材料的制备方法,具体合成步骤如下:
步骤1、将原料A-03与IrCl3·3H2O溶解到乙二醇乙醚/水的混合溶剂中,充分反应,制得桥联配体中间体B-03;
步骤2、将中间体B-03与三氟甲烷磺酸银,加入二氯甲烷和甲醇,充分反应,制得中间体C-03;
步骤3、将中间体C-03与中间体D-03,加入乙醇 ,充分反应,制得式III所示结构的有机磷发光材料;
8.一种由权利要求1-6任意一项所述的有机磷发光材料制备的有机电致发光器件。
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