CN111116670A - 一种有机金属铱配合物及其制备方法与应用 - Google Patents
一种有机金属铱配合物及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种有机金属铱配合物及其制备方法与应用,本发明公开的有机金属铱配合物通过利用金属铱与特定的杂环配体结合制得,具体结构通式如权利要求及说明书中所示。通过调节配合物的波长,得到的有机金属配合物应用在有机电致发光器件后,可使器件的驱动电压降低、发光效率及寿命显著提高;并且本发明提供的铱金属配合物的制备方法,具有合成步骤简易,条件要求不苛刻,目标产物收率高的特点,适于推广与应用。
Description
技术领域
本发明涉及有机电致发光材料技术领域,更具体的说是涉及一种有机金 属铱配合物及其制备方法与应用。
背景技术
有机电致发光(简称OLED)及相关研究早在1963年pope等人首先发现了 有机化合物单晶蒽的电致发光现象。1987年美国的柯达公司用蒸镀有机小分 子的方法制成了一种非晶型器件,将驱动电压降至了20V内。
OLED是空穴和电子双注入型发光器件,将电能直接转化为有机半导体材 料分子的光能。相比传统的CRT、LCD、PDP等显示器件,OLED兼顾了已有 显示器的所有优点,同时具有自己独特的优势,既有高亮度、高对比度、高 清晰度、宽视角、宽色域等来实现高品质图像,又具备超薄、超轻、低驱动 电压、低功耗、宽温度等特性来满足便携式设备的轻便、省电、始于户外操 作的需求;而自发光、发光效率高、响应时间短、透明、柔性等更是OLED显示独具的特点,因此,得到了广泛地研究、开发和使用。
1998年美国普林斯顿大学的Forrest等人研究发现将磷光染料八乙基卟啉 铂掺杂于主体发光材料中,制备出外量子效率为4%,内量子效率达23%的发 光器件,从此开辟了磷光电致发光的新领域,并在随后的几年里有机电致磷 光研究得到了迅速发展。
贵金属配合物作为磷光材料,充分利用了单线态和三线态激子,相对荧 光材料只利用单线态激子,比例高达75%的三线态激子的有效利用,使得基于 磷光材料的PhOLED实现了100%的内量子效率。
近三年来,磷光材料逐渐取代传统的荧光材料,成为OLED发光材料的研 究热点。但是由于磷光材料合成工艺比较复杂,耗时久,寿命低;因此,针 对当前OLED器件的产业应用要求,以及OLED器件的光电特性需求,如何提 供具有高性能的发光层掺杂材料从而实现器件的高效率、长寿命和低电压的 综合特性的磷光材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种有机金属铱配合物,本发明中通过选择特 定的杂环的配体结合,调节化合物的波长,得到的有机金属铱配合物在用于 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。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种有机金属铱配合物, 所述有机金属铱配合物的结构通式如化合物Ⅰ所示:
其中,R1、R2各自独立地表示氢、氢的同位素、卤素、氰基、羧基、硝 基、羟基、磺酸基、磷酸基、硼烷基、硅基、C1-C10烷基、C1-C30磷氧基、 C1-C30芳胺基、C6-C30芳基、C3-C30杂芳基、C3-C30环烷基、C1-C30烷 氧基、C1-C30烷氨基、C6-C30芳氨基、C6-C30芳氧基及C6-C30芳硫基中 的任一种;
L的结构通式为:
其中,R3-R5各自独立地表示氢、氢的同位素、卤素、氰基、羧基、硝基、 羟基、磺酸基、磷酸基、硼烷基、硅基、C1-C10烷基、C6-C18芳基、C3-C25 杂环基、C3-C20杂芳基、C3-C10环烷基、C1-C10烷氧基、C1-C10烷氨基、 C6-C18芳氨基、C6-C18芳氧基、C6-C18芳硫基、C2-C60烯基及C2-C60炔 基中的任一种;
X1、X2各自独立地表示C或N;其中,至少一个为N;
X3、X4为O、S、N、Se及Si中的任一种。。
优选地,所述R1、R2各自独立地表示氢、氢的同位素、卤素、氰基、羧 基、硝基、羟基、磺酸基、硼烷基、C1-C30磷氧基、C1-C30芳胺基、硅基、 C1-C10烷基、C6-C30芳基、C3-C30杂芳基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧 基、C1-C30烷氨基。
优选地,所述R1、R2均与相邻取代基连接形成经取代或未经取代的单环 或多环;所述单环和多环均为C3-C20的脂肪族或C6-C20芳香族环,C3-C20 的脂肪族或C6-C20芳香族环中所述的碳原子为至少一个选自氮、氧或硫的杂 原子;
所述R3-R5均与相邻取代基连接形成经取代或未经取代的单环或多环,所 述单环和多环均各自独立地表示C3-C10的脂肪族或芳香族环,C3-C10的脂 肪族或芳香族环中所述的碳原子至少一个选自N、O和S中的任一种。
优选地,所述R3-R5各自独立地表示取代的氢、氘、卤素、氰基、羧基、 硝基、羟基、C5-C25杂环基、硼烷基、硅基、C1-C10烷基、C6-C18芳基、 C3-C20杂芳基、C3-C10环烷基、C1-C10烷氧基、C1-C10烷氨基、C6-C18 芳氨基及C6-C18芳氧基中的任一种。
具体的,所述有机铱金属配合物选自以下结构中的任意一种:
本发明中还提供了一种有机金属铱配合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)将化合物A和三氯化铱混合,并加入溶剂,然后用惰性气体保护, 进行反应,反应结束后,再经过后处理过程,得到化合物B;
(2)在化合物B中加入溶剂和金属络合物进行反应,反应结束后,得到 化合物C;
(3)将化合物C和化合物D混合,并加入溶剂进行反应,反应结束后, 经过后处理过程,得到化合物I;
本发明提供的有机铱金属配合物的制备方法,具有合成步骤简易,条件 要求不苛刻,目标产物收率高的特点,适于市面推广与应用。
优选地,所述步骤(1)中,化合物A与化合物C的质量摩尔比为(2-3):1; 溶剂为乙二醇二乙醚或乙二醇二乙醚与水的混合物,溶剂的体积与三氯化铱 的质量比为300-400mL:10-40g;所述反应时间为18-36h,反应温度为 120-140℃。
优选地,所述步骤(2)中,溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、乙醇或异丙醇 中的一种或多种的混合,金属络合物为三氟甲基磺酸银或酮类化合物。
优选地,所述步骤(3)中,化合物C与化合物D的质量摩尔比为1:1-2; 溶剂为乙醇、2-乙氧乙醇、2-甲氧基乙基醚中一种或多种的混合,溶剂的体积 与化合物C的质量比为100-400mL:5-20g;反应时间为12-30h。
优选地,所述后处理过程的具体操作为:反应1小时后有固体析出,继 续反应12-24小时,点板监测反应,等到原料反应完毕,降温,直接抽滤,得 黄色固体,然后依次使用乙醇、石油醚冲洗,干燥即得所述化合物B。
本发明还提供了有机金属铱配合物在有机电致发光器件中的应用。
具体的,所述有机铱金属配合物用于制备有机电致发光器件,包括:第 一电极、有机电致发光材料层、第二电极;其中有机电致发光材料层包含本 发明请求保护的有机铱金属配合物。
所述有机电致发光材料层至少包含空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡 层、有机发光层、电子阻挡层、电子传输层、电子注入层中的一层。且本发 明公开制备的有机铱金属配合物可以是单一形态或与其它物质混合存在于有 机物层中。
优选地,所述有机发光层包括主体材料和所述铱金属配合物;所述主体 材料与所述铱金属配合物的质量比为90:10~99.5:0.5。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种有 机金属铱配合物及其制备方法与应用,本发明提供了一种有机铱金属配合物, 通过选择特定的配体而得到的有机金属配合物在用于有机电致发光器件后, 能够显著提高器件的发光效率与磷光寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备化合物3
(1)在氮气保护下,将A-3(56mmol)、三氯化铱(24mmol)加入到三口 烧瓶中,再加入乙二醇二乙醚200mL和水100mL,升温到140℃搅拌反应 24小时。反应完毕后降温,直接抽滤,得黄色固体,先用乙醇100mL冲洗, 再用100mL石油醚冲洗,干燥即得中间体B-3(11.2g,产率79%)。
(2)在氮气保护下,称取中间体B-3(9mmol),向体系中加入二氯甲烷 100mL并搅拌。同时称取三氟甲烷磺酸银(27mmol),溶于40mL的异丙醇中 备用。向体系中滴加三氟甲烷磺酸银和异丙醇的混合液,在25℃下反应24小 时。TLC监测,原料基本反应完毕,抽滤得深色溶液,旋干得中间体C-3(11.6 g,产率78%)。
(3)将中间体C-3(12mmol)加入到三口烧瓶中,再加入乙醇200mL、 D-2(36mmol),在25℃下下搅拌反应24小时。得化合物3(8.5g,产率83%)。
测HPLC为99.74%
MW:理论值:852.24,测试值:852.81。
实施例2
制备化合物15
(1)在氮气保护下,将A-15(56mmol)、三氯化铱(24mmol)加入到三口 烧瓶中,再加入乙二醇二乙醚200mL和水100mL,升温到140℃搅拌反应 24小时。反应完毕后降温,直接抽滤,得黄色固体,先用乙醇100mL冲洗, 再用石油醚100mL冲洗,干燥即得中间体B-15(11.2g,产率78%)。
(2)在氮气保护下,称取中间体B-15(9mmol),向体系中加入二氯甲烷 100mL并搅拌。同时称取三氟甲烷磺酸银(27mmol),溶于40mL的异丙醇中 备用。向体系中滴加三氟甲烷磺酸银和异丙醇的混合液,在25℃下反应24小 时。TLC监测,原料基本反应完毕,抽滤得深色溶液,旋干得中间体C-15(12.3 g,产率75%)。
(3)将中间体C-15(12mmol)加入到三口烧瓶中,再加入乙醇200mL、 D-9(36mmol),在25℃下下搅拌反应24小时。得化合物15(8.7g,产率80%)。
HPLC为99.87%。
质谱:理论值:906.22,测试值:906.47。
实施例3
制备化合物22
(1)在氮气保护下,将A-22(56mmol)、三氯化铱(24mmol)加入到三 口烧瓶中,再加入乙二醇二乙醚200mL和水100mL,升温到140℃搅拌反应 24小时。反应完毕后降温,直接抽滤,得黄色固体,先用乙醇100mL冲洗, 再用石油醚100mL冲洗,干燥即得中间体B-22(13.5g,产率83%)。
(2)在氮气保护下,称取中间体B-9(9mmol),向体系中加入二氯甲烷 100mL并搅拌。同时称取三氟甲烷磺酸银(27mmol),溶于40mL的异丙醇中 备用。向体系中滴加三氟甲烷磺酸银和异丙醇的混合液,在25℃下反应24小 时。TLC监测,原料基本反应完毕,抽滤得深色溶液,旋干得中间体C-22(12.8 g,产率78%)。
(3)将中间体C-22(12mmol)加入到三口烧瓶中,再加入乙醇200mL、 D-22(36mmol),在25℃下下搅拌反应24小时。得化合物22(9.7g,产率81%)。
HPLC为99.69%。
质谱:理论值:1000.42,测试值:1000.87。
实施例4
制备化合物26
(1)在氮气保护下,将a-26(56mmol)、三氯化铱(24mmol)加入到三口 烧瓶中,再加入乙二醇二乙醚200mL和水100mL,升温到140℃搅拌反应 24小时。反应完毕后降温,直接抽滤,得黄色固体,先用乙醇100mL冲洗, 再用石油醚100mL冲洗,干燥即得中间体b-26(12.9g,产率82%)。
(2)称取中间体b-26(9mmol),向体系中加入二氯甲烷100mL并搅拌。 同时称取三氟甲烷磺酸银(27mmol),溶于40mL的异丙醇中备用。向体系中 滴加三氟甲烷磺酸银和异丙醇的混合液,氮气保护下,在25℃下反应24小时。TLC监测,原料基本反应完毕,抽滤得深色溶液,旋干得中间体c-26(12.2g, 产率76%)。
(3)将中间体c-26(12mmol)加入到三口烧瓶中,再加入乙醇200mL、 d-26(36mmol),在25℃下下搅拌反应24小时。得化合物26(9.2g,产率78%)。
HPLC为99.84%。
质谱:理论值:984.32,测试值:984.77。
实施例5
制备化合物35
(1)在氮气保护下,将a-35(56mmol)、三氯化铱(24mmol)加入到三口 烧瓶中,再加入乙二醇二乙醚200mL和水100mL,升温到140℃搅拌反应24小时。反应完毕后降温,直接抽滤,得黄色固体,先用乙醇100mL冲洗, 再用石油醚100mL冲洗,干燥即得中间体b-35(11.5g,产率78%)。
(2)在氮气保护下,称取中间体b-35(9mmol),向体系中加入二氯甲烷 100mL并搅拌。同时称取三氟甲烷磺酸银(27mmol),溶于40mL的异丙醇中 备用。向体系中滴加三氟甲烷磺酸银和异丙醇的混合液,在25℃下反应24小 时。TLC监测,原料基本反应完毕,抽滤得深色溶液,旋干得中间体c-35(12.8 g,产率84%)。
(3)将中间体c-35(12mmol)加入到三口烧瓶中,再加入乙醇200mL、 d-35(36mmol),在25℃下下搅拌反应24小时。得化合物35(8.2g,产率81%)。
HPLC为99.77%。
质谱:理论值:842.18,测试值:842.64。
实施例6
制备化合物60
(1)在氮气保护下,将a-60(56mmol)、三氯化铱(24mmol)加入到三口 烧瓶中,再加入200mL乙二醇二乙醚和100mL水,升温到140℃搅拌反应24 小时。反应完毕后降温,直接抽滤,得黄色固体,先用乙醇100mL冲洗,再 用100mL石油醚冲洗,干燥即得中间体b-60(15.0g,产率81%)。
(2)在氮气保护下,称取中间体b-60(9mmol),向体系中加入二氯甲烷 100mL并搅拌。同时称取三氟甲烷磺酸银(27mmol),溶于40mL的异丙醇中 备用。向体系中滴加三氟甲烷磺酸银和异丙醇的混合液,在25℃下下反应24 小时。TLC监测,原料基本反应完毕,抽滤得深色溶液,旋干得中间体c-60(13.7 g,产率78%)。
(3)将中间体c-60(12mmol)加入到三口烧瓶中,再加入乙醇200mL、 d-60(36mmol),在25℃下下搅拌反应24小时。得化合物60(9.9g,产率76%)。
HPLC为99.75%。
质谱:理论值:1084.43,测试值1084.65。
其它有机铱配合物的制备方法与上述相同,在此不一一赘述,且其它有 机铱配合物的质谱及分子式如下表1所示:
实施例7
采用实施例1中的化合物3的有机磷发光材料(铱金属配合物)制备有 机电致发光器件,具体工艺如下:
(1)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。
(2)把上述处理好的ITO玻璃基板置于蒸镀机,在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")作为空穴注入层,蒸镀膜厚为60nm;在上述空穴注入层膜上继 续蒸镀NPB作为空穴传输层,蒸镀膜厚为60nm;
(3)在空穴传输层上继续蒸镀一层本发明的化合物3和4,4'-N,N'-联 苯二咔唑("CBP")作为器件的发光层,其中,CBP为主体材料和本发明的化合 物2为掺杂材料,CBP和掺杂物质化合物3的重量比为95:5,蒸镀膜厚为30nm;
(4)在有机发光层上继续蒸镀BAlq作为空穴阻挡层,蒸镀膜厚为10nm 厚度;在空气阻挡层上继续蒸镀Alq3作为电子传输层,蒸镀膜厚为40nm厚 度;在电子传输层上继续蒸镀LiF作为电子注入层,蒸镀膜厚为0.2nm;最后, 在电子注入层上继续蒸镀Al作为阴极层,蒸镀膜厚为150nm,制备得到本发 明的化合物3的有机电致发光器件。
参照上述方法,将化合物3分别替换为4,10,15,22,25,26,30,35, 40,47,50,58,60,62。制备得到相应化合物的有机电致发光器件。并对 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,寿命,发光效率。结果见表2。
对比例1
按照与上述实施例7相同的步骤,仅将步骤(3)所用化合物3替换为化 合物Ir(ppy)3,得到对比例的OLED-16,Ir(ppy)3结构如下所示:
为了进一步说明本发明提供的新型金属铱配合物作为磷光材料的发光性 能,对实施例7以及对比例1中所得到器件OLED-1至OLED-16的性能发光 特性进行测试,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。
表2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2性能测试结果可知,器件测试性能以器件OLED-16作为参照, OLED-16各项性能指标设为1.0,而本发明提供的器件OLED-1~OLED-15的 驱动电压为0.47~0.52,仅为OLED-16(对比例1)的一半,而效率(3.6~4.5) 以及寿命(3.4~4.0)是OLED-16(对比例1)的3~4倍,由此可知,本发明 所述化合物可以应用于OLED发光器件,并且与OLED-16(对比例1)相比, 具有效率高、寿命长的特性,光学性能更加优异,具有显著的进步。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述 的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下, 在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例, 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种有机金属铱配合物,其特征在于,所述有机金属铱配合物的结构通式如化合物Ⅰ所示:
其中,R1、R2各自独立地表示氢、氢的同位素、卤素、氰基、羧基、硝基、羟基、磺酸基、磷酸基、硼烷基、硅基、C1-C10烷基、C6-C30芳基、C3-C30杂芳基、C3-C30环烷基、C1-C30磷氧基、C1-C30芳胺基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷氨基、C6-C30芳氨基、C6-C30芳氧基及C6-C30芳硫基中的任一种;
L的结构通式为:
其中,R3-R5各自独立地表示氢、氢的同位素、卤素、氰基、羧基、硝基、羟基、磺酸基、磷酸基、硼烷基、硅基、C1-C10烷基、C6-C18芳基、C3-C25杂环基、C3-C20杂芳基、C3-C10环烷基、C1-C10烷氧基、C1-C10烷氨基、C6-C18芳氨基、C6-C18芳氧基、C6-C18芳硫基、C2-C60烯基及C2-C60炔基中的任一种;
X1、X2各自独立地表示C或N;其中,至少一个为N;
X3、X4为O、S、N、Se及Si中的任一种。
2.根据权利要求1中所述的一种有机金属铱配合物,其特征在于,所述R1、R2各自独立地表示氢、氢的同位素、卤素、氰基、羧基、硝基、羟基、磺酸基、硼烷基、C1-C30磷氧基、C1-C30芳胺基、硅基、C1-C10烷基、C6-C30芳基、C3-C30杂芳基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷氨基。
3.根据权利要求1中所述的一种有机金属铱配合物,其特征在于,所述R1、R2均与相邻取代基连接形成经取代或未经取代的单环或多环;所述单环和多环均为C3-C20的脂肪族或C6-C20芳香族环,C3-C20的脂肪族或C6-C20芳香族环中所述的碳原子为至少一个选自氮、氧或硫的杂原子;
所述R3-R5均与相邻取代基连接形成经取代或未经取代的单环或多环,所述单环和多环均各自独立地表示C3-C10的脂肪族或芳香族环,C3-C10的脂肪族或芳香族环中所述的碳原子至少一个选自N、O和S中的任一种。
4.根据权利要求3中所述的一种有机金属铱配合物,其特征在于,所述R3-R5各自独立地表示取代的氢、氘、卤素、氰基、羧基、硝基、羟基、C3-C25杂环基、硼烷基、硅基、C1-C10烷基、C6-C18芳基、C3-C20杂芳基、C3-C10环烷基、C1-C10烷氧基、C1-C10烷氨基、C6-C18芳氨基及C6-C18芳氧基中的任一种。
6.根据权利要求5中所述的一种有机金属铱配合物的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,化合物A与化合物C的质量摩尔比为(2-3):1;溶剂为乙二醇二乙醚或乙二醇二乙醚与水的混合物,溶剂的体积与三氯化铱的质量比为300-400mL:10-40g;反应时间为18-36h,反应温度为120-140℃。
7.根据权利要求5中所述的一种有机金属铱配合物的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、乙醇或异丙醇中的一种或多种的混合,金属络合物为三氟甲基磺酸银或酮类化合物。
8.根据权利要求5中所述的一种有机金属铱配合物的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,化合物C与化合物D的质量摩尔比为1:1-2;溶剂为乙醇、2-乙氧乙醇、2-甲氧基乙基醚中一种或多种的混合;反应时间为12-30h。
9.根据权利要求5中所述的一种有机金属铱配合物的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,后处理过程的具体操作为:反应1小时后有固体析出,继续反应12-24小时,点板监测反应,等到原料反应完毕,降温,直接抽滤,得黄色固体,然后依次使用乙醇、石油醚冲洗,干燥即得所述化合物B。
10.一种如权利要求1-4所述的有机金属铱配合物或如权利要求5所述方法制备的有机金属铱配合物在有机电致发光器件中的应用。
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