CN111247658B - 过渡金属配合物、聚合物、混合物、组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过渡金属配合物、聚合物、混合物、组合物及其应用,其中,过渡金属配合物具有如化学式(1)所示的结构通式:
Description
本申请要求于2017年12月14日提交中国专利局、申请号为2017113427916发明名称为“一种过渡金属配合物材料及其在电子器件的应用”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及光电材料技术领域,特别涉及过渡金属配合物、聚合物、混合物、组合物及其应用。
背景技术
在平板显示器和照明应用中,有机发光二极管(OLEDs)具有低成本、轻重量、低工作电压、高亮度、颜色可调性、寛视角、易装配到挠性基底上以及低能量消耗的优势,因而成为最有发展潜力的显示技术。为了提高有机发光二极管的发光效率,各种基于荧光和磷光发光材料体系已被开发出来。使用荧光材料的有机发光二极管,具有较高可靠性,但在电场激发下其内部电致发光量子效率被限制为25%。与此相反,因为激子的单重激发态和三重激发态的分支比为1:3,使用磷光材料的有机发光二极管几乎可以取得100%的内部发光量子效率。对于小分子OLED来说,通过掺杂重金属中心来有效地获取三重态激发,这提高了自旋轨道偶合并由此系间窜越到三重态。
基于金属铱(III)的配合物是广泛用于高效率OLEDs的一类材料,具有较高的效率和稳定性。Baldo等人报道了使用fac-三(2-苯基吡啶)铱(III)[Ir(ppy)3]作为磷光发光材料,4,4‘-N,N‘-二咔唑-联苯(4,4‘-N,N‘-diarbazole-biphenyl)(CBP)为基质材料的高量子效率的OLED(Appl.Phys.Lett.1999,75,4)。磷光发光材料的另一实例是天蓝色配合物双[2-(4‘,6‘-二氟苯基)吡啶-N,C2]-吡甲酸铱(III)(FIrpic),其掺杂到高三重态能量基质中时表现出在大约溶液中60%和在固体膜中几乎100%的极高光致发光量子效率(Appl.Phys.Lett.2001,79,2082)。尽管基于2-苯基吡啶及其衍生物的铱(III)体系已经大量用于制备OLEDs,但器件性能,特别是寿命仍需提高。
提高配合物发光效率和稳定性的有效方法之一是采用刚性结构的配体,Thompson课题组在2001年报道了基于刚性配体的铱配合物Ir(BZQ)2(acac),但由于其发光颜色不好等原因,并没有得到广泛的应用。随后基于刚性配体的铱配合物Ir(DBQ)2(acac)、Ir(MDQ)2(acac)等得到报道,这些具有刚性配体的铱配合物作为客体发光材料制备的电致发光器件都有很高的发光效率和亮度。但另一方面,基于刚性配体DBA和BA的铱配合物Ir(DBA)2(acac)和Ir(BA)2(acac)用于制备发光器件时,器件的最大亮度和最大外量子效率只有9,540cd·m-2和4.66%,虽然实现了饱和的红色发光,但器件的效率和亮度与预期相差较大。
因此,如何改善金属有机配合物的稳定性,提高有机发光器件寿命成了本领域迫切需要解决的问题。
发明内容
基于此,有必要提供一种过渡金属配合物、聚合物、混合物、组合物及其应用,以改善金属有机配合物的稳定性,并提高有机发光器件的寿命。
本发明提供的技术方案如下:
一种过渡金属配合物,具有如化学式(1)所示的结构通式:
M为铱、钌、金、铂、铬、钼、钌、铑、锇、铼、镍、铜、银、锌、钨或钯,
m为1、2或3;
L1为与所述M配位的辅助配体;当所述L1存在多个时,多个所述L1彼此相同或不同;且所述L1为至少包含有一个非芳香族环系或烷烃分子笼的基团;
n是0、1或2;
当Ar1存在多个时,多个所述Ar1彼此相同或不同;所述Ar1为具有5-20个环原子的芳香族环系、具有5-20个环原子的杂芳香族环系或者具有5-20个环原子的非芳香族环系;
所述Ar1可被一个或多个R1基团取代,当所述Ar1被多个所述R1基团取代时,多个所述R1基团彼此相同或不同;
当Ar2存在多个时,多个所述Ar2彼此相同或不同;所述Ar2为具有5-20个环原子的芳香族环系、具有5-20个环原子的杂芳香族环系或者具有5-20个环原子的非芳香族环系;
所述Ar2可被一个或多个R2基团取代,当所述Ar2被多个所述R2基团取代时,多个所述R2基团彼此相同或不同;
R1,R2各自独立地选自:H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的直链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
一种过渡金属聚合物,所述过渡金属聚合物的重复单元包含至少一种上述过渡金属配合物的结构。
一种过渡金属混合物,包括至少一种如上所述的过渡金属配合物或如上所述的过渡金属聚合物,及至少一种有机功能材料,所述的有机功能材料为空穴注入材料、空穴传输材料、电子传输材料、电子注入材料、电子阻挡材料、空穴阻挡材料、发光体、主体材料或掺杂材料。
一种过渡金属组合物,包含如上所述的过渡金属配合物或如上所述的过渡金属高聚物,及至少一种有机溶剂。
上述过渡金属配合物或上述过渡金属聚合物在制备有机电子器件中的应用。
一种有机电子器件,包含如上所述的过渡金属配合物或如上所述的过渡金属聚合物。
附图说明
图1为Ir-47,Ir-52,c-Ir-1,c-Ir-2和c-Ir-3在二氯甲烷溶液的PL光谱图。
具体实施方式
本发明提供一种新型金属有机配合物,相应的混合物和组合物,以及在有机电子器件中的应用,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明中,组合物和印刷油墨,或油墨具有相同的含义,它们之间可以互换。
在本发明中,主体材料,基质材料,Host或Matrix材料具有相同的含义,它们之间可以互换。
在本发明中,金属有机络合物,金属有机配合物,有机金属配合物具有相同的含义,可以互换。
在本发明中,C1-C6烷基是指含有1至6个碳原子的烷基。非限定性实施例包括:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、正己基、1-乙基-2-甲基丙基、1,1,2-三甲基丙基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、2,3-二甲基丁基。烷基可以是取代的或未取代的,当被取代时,取代基可以在任何可使用的连接点上被取代。
“环烷基”指饱和或部分不饱和单环或多环环状烃基取代基。3-10元环烷基是指包括3至10个碳原子。在一实施例中,3-10元单环环烷基为环丙基、环丁基、环戊基、环戊烯基、环己基、环己烯基、环己二烯基、环庚基、环庚三烯基、环辛基等。多环环烷基包括螺环、稠环和桥环的环烷基。环烷基可以是任选被一个或一个以上的取代基取代。
本发明涉及一种过渡金属配合物,具有如化学式(1)所示的结构通式:
其中使用的符号与标记具有以下含义:
M为铱、钌、金、铂、铬、钼、钌、铑、锇、铼、镍、铜、银、锌、钨或钯;特别优先的是铱。
m是1、2或3,优先地是2或3,特别优先地是2;
L1为与M配位的辅助配体;当L1存在多个时,多个L1彼此相同或不同;且L1为至少包含有一个非芳香族环系或烷烃分子笼的基团;
n是0、1或2,特别优先的是1;
当Ar1存在多个时,多个Ar1彼此相同或不同;Ar1为具有5-20个环原子的芳香族环系、具有5-20个环原子的杂芳香族环系或者具有5-20个环原子的非芳香族环系;
Ar1可被一个或多个R1基团取代,当Ar1被多个所述R1基团取代时,多个所述R1基团彼此相同或不同;
当Ar2存在多个时,多个所述Ar2彼此相同或不同;Ar2为具有5-20个环原子的芳香族环系、具有5-20个环原子的杂芳香族环系或者具有5-20个环原子的非芳香族环系;
Ar2可被一个或多个R2基团取代,当Ar2被多个R2基团取代时,多个R2基团彼此相同或不同;
R1,R2各自独立地选自:H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的直链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
在某些优先的实施例中,按照化学式(1)中的L1具有如化学式(2)所示的结构通式:
其中使用的符号与标记具有以下含义:
X1、X2分别与化学式(2)中的M的金属原子中心键合;X1、X2在各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子或磷原子,特别优先地是氧原子;
当存在多个X1时,多个X1彼此相同或不同;存在多个X2时,多个X2彼此相同或不同;
A、B各自独立地选自:H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的直链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团;且所述A、B中至少有一个包含非芳香族环系或烷烃分子笼的基团;
在一实施例中,A,B都包含有非芳香族环系或烷烃分子笼。
R3选自:H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的直链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
在一实施例中,按照化学式(1)的有机金属配合物,其中化学式(1)的L1具有如化学式(3)所示的结构通式:
其中使用的符号与标记具有以下含义:
X1、X2、M、R3的定义同化学式(2);
R4、R5、R6、R7、R8、R9各自独立地选自:具有1-20碳原子的直链烷烃、具有1-20个碳原子的支链烷烃、具有1-20个碳原子的直链烯烃、具有1-20个碳原子的支链烯烃或具有1-6个碳原子的烷烃醚;
当存在多个R4、R5、R6、R7、R8或R9时,多个R4、R5、R6、R7、R8或R9相同或不同;
在一实施例中,化学式(3)中R4、R5和R6中至少有一对互相桥接;R7、R8和R9中至少有两个互相桥接。
在另一实施例中,R4、R5和R6中任意两个彼此互相桥接;R7、R8和R9中任意两个彼此互相桥接。
在一实施例中,化学式(2)中的基团A,B中至少有一个为具有6-20个碳原子的分子笼结构。
在一实施例中,化学式(2)中的基团A,B中至少有一个为具有以下结构的取代基:
上述基团所示虚线键表示与化学式(2)中双键的碳原子键合。
一实施例中,化学式(2)中的基团A,B中至少有一个为具有以下结构的取代基:
在一实施例中,所述A和所述B相同或不同,当所述A和所述B不相同时,所述A和所述B中有一个为H、C1-C6烷基、3-10元环烷基或苯基。
在一实施例中,按照化学式(1)的有机金属配合物,其中Ar1选自未被取代或取代的具有5~20个环原子,较好是5~18个环原子,最好是5~12个环原子的芳族环或杂芳族环。
在另一些优先的实施例中,按照化学式(1)的有机金属配合物,其中Ar2选自未被取代或取代的具有5~20个环原子,较好是5~18个环原子,更好是5~14个环原子,最好是5~12个环原子的至少包含一个环杂原子N的杂芳族环。
芳族基团指至少包含一个芳环的烃基,包括单环基团和多环的环系统。杂芳族基团指包含至少一个杂芳环的烃基(含有杂原子),包括单环基团和多环的环系统。这些多环的环可以具有两个或多个环,其中两个碳原子被两个相邻的环共享,即稠环。多环的这些环种,至少一个是芳族的或杂芳族的。对于本发明的目的,芳香族或杂芳香族环系不仅包括芳香基或杂芳香基的体系,而且,其中多个芳基或杂芳基也可以被短的非芳族单元间断(<10%的非H原子,优选小于5%的非H原子,比如C、N或O原子)。因此,比如9,9'-螺二芴,9,9-二芳基芴,三芳胺,二芳基醚等体系,对于该发明目的同样认为是芳香族环系。
具体地,芳族基团的例子有:苯、萘、蒽、菲、二萘嵌苯、并四苯、芘、苯并芘、三亚苯、苊、芴、及其衍生物。
具体地,杂芳族基团的例子有:呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、吡咯、吡唑、三唑、咪唑、恶唑、恶二唑、噻唑、四唑、吲哚、咔唑、吡咯并咪唑、吡咯并吡咯、噻吩并吡咯、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃、苯并异恶唑、苯并异噻唑、苯并咪唑、吡啶、吡嗪、哒嗪、嘧啶、三嗪、喹啉、异喹啉、邻二氮萘、喹喔啉、菲啶、伯啶、喹唑啉、喹唑啉酮、及其衍生物。
在某些实施例中,Ar1或Ar2选自包含一个未被取代或是被R取代的具有5~20个环原子的非芳香族环系。这个实施例的一个可能的好处是可以提高金属配合物的三线态能级,从而便于获得绿光或蓝光发光体。
对于本发明的目的,非芳香族环系在环系中包含1-10优选1-6个碳原子,且不仅包括饱和而且包括部分不饱和的环状体系,它们可以未被取代或被基团R单或多取代,所述基团R在每一次出现中可以相同或者不同,并且还可以包含一个或多个杂原子,优选Si、N、P、O、S和/或Ge,特别优选选自Si、N、P、O和/或S。这些例如可以是类环己基或类哌啶体系,也可以是类环辛二烯环状体系。该术语同样适用于稠合的非芳香环系。
R可选于,(1)C1~C10烷基,特别优选是指如下的基团:甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、2-甲基丁基、正戊基、正己基、环己基、正庚基、环庚基、正辛基、环辛基、2-乙基己基、三氟甲基、五氟甲基、2,2,2-三氟乙基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、环戊烯基、己烯基、环己烯基、庚烯基、环庚烯基、辛烯基、环辛烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基和辛炔基;(2)C1~C10烷氧基,特别优选的是指甲氧基,乙氧基,正丙氧基,异丙氧基,正丁氧基,异丁氧基,仲丁氧基,叔丁氧基或者2-甲基丁氧基;(3)C2到C10芳基或杂芳基,取决于用途其可以是一价或二价的,在每一情况下也可以被上述提及的基团R10取代并可以通过任何希望的位置与芳香族或杂芳香环连接,特别优选的是指以下的基团:苯、萘、蒽、嵌二萘、二氢芘、屈、茈、萤蒽、丁省、戊省、苯并芘、呋喃、苯并呋喃、异苯并呋喃、二苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、异苯并噻吩、硫芴、吡咯、吲哚、异吲哚、咔唑、吡啶、喹啉、异喹啉、吖啶、菲啶、苯并-5,6-喹啉、苯并-6,7-喹啉、苯并-7,8-喹啉、吩噻嗪、吩恶嗪、吡唑、吲唑、咪唑、苯并咪唑、萘并咪唑、菲并咪唑、吡啶并咪唑、吡嗪并咪唑、喹喔啉并咪唑、恶唑、苯并恶唑、萘并恶唑、蒽并恶唑、菲并恶唑、异恶唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、苯并噻唑、哒嗪、苯并哒嗪、嘧啶、苯并嘧啶、喹喔啉、吡嗪、二氮蒽、1,5-二氮杂萘、氮咔唑、苯并咔啉、菲咯啉、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、苯并三唑、1,2,3-恶二唑、1,2,4-恶二唑、1,2,5-恶二唑、1,3,4-恶二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,3-三嗪、四唑。1,2,4,5-四嗪、1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪、嘌呤、蝶啶、中氮茚和苯并噻二唑。用于本发明的目的,芳香和杂芳族环系认为特别是除上述提及的芳基和杂芳基之外,还指亚联苯基、亚三联苯、芴、螺二芴、二氢菲、四氢芘和顺式或者反式茚并芴。
在一个优先的实施方案中,所述的具有通化学式(1)的有机金属配合物,其中的Ar1-Ar2可以选自如下通式中的一个:
其中,
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分别独立表示CR3或N;
Y1选自CR4R5、SiR4R5、NR3、C(=O)、S或O;
R3、R4、R5选自H、D、或具有1至20个C原子的直链烷基、烷氧基或硫代烷氧基基团,或者具有3至20个C原子的支链或环状的烷基、烷氧基或硫代烷氧基基团或者是甲硅烷基基团,或具有1至20个C原子的取代的酮基基团,或具有2至20个C原子的烷氧基羰基基团,或具有7至20个C原子的芳氧基羰基基团,氰基基团(-CN),氨基甲酰基基团(-C(=O)NH2),卤甲酰基基团(-C(=O)-X其中X代表卤素原子),甲酰基基团(-C(=O)-H),异氰基基团,异氰酸酯基团,硫氰酸酯基团或异硫氰酸酯基团,羟基基团,硝基基团,CF3基团,Cl,Br,F,可交联的基团或者具有5至40个环原子的取代或未取代的芳族或杂芳族环系,或具有5至40个环原子的芳氧基或杂芳氧基基团,或这些体系的组合,其中一个或多个基团R3,R4,R5可以彼此和/或与所述基团键合的环形成单环或多环的脂族或芳族环。
在一个更加优选的实施例中,化学式(1)中的Ar1,Ar2可选自如下结构基团中的一种,其中环上的H可以被任意取代:
在一个较为优先的实施例中,按照本发明所述的过渡金属配合物,其中化学式(1)中的Ar1选自以下通式:
其中,#2表示与化学式(1)中的Ar2的任一位置键合。M是金属原子,代表铱、金、铂、钌、铑、锇、铼、镍、铜、银、锌、钨或钯,特别优先的是铱。
Z1~Z18各自独立地选自:碳原子、氮原子、氧原子、硅原子、硼原子、硫原子或磷原子;
在一实施例中,Z1~Z18各自独立地选自:碳原子或氮原子;
Z1~Z18存在多个时,多个所述Z1~Z18彼此相同或不同。
R10、R11、R12各自独立地选自:H、D、卤素原子、直链烷烃取代基、支链烷烃取代基、直链烯烃取代基、支链烯烃取代基、烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
在另一个较为优先的实施例中,按照本发明所述的过渡金属配合物,其中化学式(1)中的Ar2选自以下通式:
其中,#1分别表示与化学式(1)中的Ar1的任一位置键合。
M选自铱、金、铂、钌、铑、锇、铼、镍、铜、银、锌、钨或钯,特别优先的是铱。
Z19~Z36各自独立地选自碳、氮、氧、硅、硼、硫或磷原子;
R13、R14、R15各自独立地选自:H、D、卤素原子、直链烷烃取代基、支链烷烃取代基、直链烯烃取代基、支链烯烃取代基、烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
在某些更为优先的实施方案中,按照本发明的有机金属配合物,选自如下通式中的一个:
其中,L2定义与前述的L1定义相同;
m是1、2或3,优先地是2或3,特别优先地是2;
n是1或2,特别优先的是1;
Y为二桥联基,所述二桥联基包含至少一种氮原子、氧原子、碳原子、硅原子、硼原子、硫原子或磷原子;
在一实施例中,所述二桥联基包含至少一个氧原子、硫原子或硅原子。
在一实施例中,所述二桥联基选自:具有0-2个碳原子的直链烷烃、支链烷烃、直链烯烃、支链烯烃、烷烃醚或O、S、S=O、SO2、N(R21)、B(R21)、Si(R21)2、Ge(R21)2、P(R21)、P(=O)R21、P(R21)3、Sn(R21)2、C(R21)2、C=O、C=S、C=Se、C=N(R)2或C=C(R)2;
所述R21为H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃、具有1-20个碳原子的支链烷烃、具有1-20个碳原子的烷烃醚、具有1-20个碳原子的烷烃芳香环系、具有1-20个碳原子的烷烃杂芳香族或者具有1-20个碳原子的烷烃非芳香族环系。
在一实施例中,所述Y选自:O、S、CH2或C(CH3)2。
R16、R17、R18、R19和R20各自独立地选自:H、D、卤素原子、直链烷烃取代基、支链烷烃取代基、直链烯烃取代基、支链烯烃取代基、烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
按照本发明的有机金属配合物,其中化学式(1)中的金属元素M是一种过渡金属元素。
在一个优选的实施例中,金属元素M选自铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钌(Ru)、铑(Rh)、镍(Ni)、银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)、钯(Pd)、金(Au)、饿(Os)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。
在一个较为优选的实施例中,金属元素M选自钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、金(Au)、饿(Os)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。
在一个更为优选的实施例中,金属元素M选自金(Au)、钯(Pd)、铱(Ir)和铂(Pt)。
在一个特别优选的实施例中,金属元素M是Ir。
从重原子效应来看,特别优选的将Ir用作上述金属有机配合物的中心金属M。这是因为铱是化学稳定的,且具有显着的重原子效应会得到高的发光效率。
在一实施例中,过渡金属配合物具有化学式(I-13)所示的结构
所述R3、R16、R17、R18各自独立地选自H、C1-C6烷基或硅烷基;
所述A、B各自独立地选自C1-C6烷基,或以下基团:
下面给出合适的按照本发明的金属有机配合物的具体例子,但是不限于:
在一个特别优选的实施例中,按照本发明的过渡金属配合物是发光材料,其发光波长在300到1000nm之间,较好的是在350到900nm之间,更好的是在400到800nm之间。这里指的发光是指光致发光或电致发光。在某些优选的实施例中,按照本发明的过渡金属配合物,其光致发光效率≥30%,较优是≥40%,更优是≥50%,最优是≥60%。
在某些实施例中,按照本发明的过渡金属配合物也可以是不发光材料。
本发明还涉及一种过渡金属高聚物,其中至少有一个重复单元包含有如化学式(I)所示的结构。在某些实施例中,所述的高聚物是非共轭高聚物,其中如化学式(I)所示的结构单元在侧链上。在另一个优先的实施例中,所述的高聚物是共轭高聚物。
在一个优选的实施例中,其中的过渡金属高聚物的合成方法选自SUZUKI-,YAMAMOTO-,STILLE-,NIGESHI-,KUMADA-,HECK-,SONOGASHIRA-,HIYAMA-,FUKUYAMA-,HARTWIG-BUCHWALD-和ULLMAN。
在一个优先的实施例中,按照本发明的过渡金属高聚物,其玻璃化温度(Tg)≥100℃,优选为≥120℃,更优为≥140℃,更更优为≥160℃,最优为≥180℃。
在一个优先的实施例中,按照本发明的高聚物,其分子量分布(PDI)取值范围优选为1~5;较优选为1~4;更优选为1~3,更更优选为1~2,最优选为1~1.5。
在一个优先的实施例中,按照本发明的过渡金属高聚物,其重均分子量(Mw)取值范围优选为1万~100万;较优选为5万~50万;更优选为10万~40万,更更优选为15万~30万,最优选为20万~25万。
本发明还涉及一种混合物,包含至少一种按照本发明的过渡金属配合物或过渡金属高聚物,及至少另一种的有机功能材料。所述的有机功能材料,包括空穴(也称电洞)注入或传输材料(HIM/HTM)、空穴阻挡材料(HBM)、电子注入或传输材料(EIM/ETM)、电子阻挡材料(EBM)、有机主体材料(Host)、单重态发光体(荧光发光体)、三重态发光体(磷光发光体),特别是发光有机金属络合物,及掺杂材料(Dopant)。例如在WO2010135519A1、US20090134784A1和WO 2011110277A1中对各种有机功能材料有详细的描述,特此将此3专利文件中的全部内容并入本文作为参考。有机功能材料可以是小分子和高聚物材料。
在某些实施例中,按照本发明的过渡金属混合物中,过渡金属配合物的含量为0.01至30wt%,较好的是0.5至20wt%,更好的是2至15wt%,最好的是5至15wt%。
在一个优先的实施方案中,按照本发明的混合物包含一种按照本发明的过渡金属配合物或过渡金属高聚物和一种三重态基质材料。
在另一个优先的实施方案中,按照本发明的混合物包含一种按照本发明的过渡金属配合物或过渡金属高聚物,一种三重态基质材料和另一种的三重态发光体。
在另一个优先的实施方案中,按照本发明的混合物包含一种按照本发明的过渡金属配合物或过渡金属高聚物和一种热激活延迟荧光发光材料(TADF)。
在另一个优先的实施方案中,按照本发明的过渡金属混合物包含一种按照本发明的过渡金属配合物或过渡金属高聚物,一种三重态基质材料和一种热激活延迟荧光发光材料(TADF)。
下面对三重态基质材料,三重态发光体和TADF材料作一些较详细的描述(但不限于此)。
1.三重态主体材料(Triplet Host):
三重态主体材料的例子并不受特别的限制,任何金属络合物或有机化合物都可能被用作为主体,只要其三重态能级比发光体,特别是三重态发光体或磷光发光体更高,可用作三重态主体(Host)的金属络合物的例子包括(但不限于)如下的一般结构:
M3是一金属;(Y3-Y4)是一两齿配体,Y3和Y4独立地选自C,N,O,P,和S;L是一个辅助配体;m3是一整数,其值从1到此金属的最大配位数;在一个优先的实施方案中,可用作三重态主体的金属络合物有如下形式:
(O-N)是一两齿配体,其中金属与O和N原子配位,m3是一整数,其值从1到此金属的最大配位数;
在某一个实施方案中,M3可选于Ir和Pt.
可作为三重态主体的有机化合物的例子选自包含有环芳香烃基的化合物,例如苯、联苯、三苯基苯、苯并芴;包含有芳香杂环基的化合物,如二苯并噻吩、二苯并呋喃、二苯并硒吩、呋喃、噻吩、苯并呋喃、苯并噻吩、苯并硒吩、咔唑、二苯并咔唑,吲哚咔唑、吡啶吲哚、吡咯二吡啶、吡唑、咪唑、三唑类、恶唑、噻唑、恶二唑、恶三唑、二恶唑、噻二唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪类、恶嗪、恶噻嗪、恶二嗪、吲哚、苯并咪唑、吲唑、恶唑、二苯并恶唑、苯异恶唑、苯并噻唑、喹啉、异喹啉、邻二氮杂萘、喹唑啉、喹喔啉、萘、酞、蝶啶、氧杂蒽、吖啶、吩嗪、吩噻嗪、吩恶嗪、苯并呋喃吡啶、呋喃并吡啶、苯并噻吩吡啶、噻吩吡啶、苯并硒吩吡啶和硒吩苯并二吡啶;包含有2至10环结构的基团,它们可以是相同或不同类型的环芳香烃基团或芳香杂环基团,并彼此直接或通过至少一个以下的基团连结在一起,如氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子、链结构单元和脂肪环基团。其中,每个Ar可以进一步被取代,取代基可选为氢、氘、氰基、卤素、烷基、烷氧基、氨基、烯、炔、芳烷基、杂烷基、芳基和杂芳基。
R2-R7的含义同R1,X9选于CR1R2或NR1,Y选自CR1R2或NR1或O或S。R1,n2,X1-X8,Ar1~Ar3的含义同上所述。
在下面的表中列出合适的三重态主体材料的例子但不局限于:
2.热激活延迟荧光发光材料(TADF):
传统有机荧光材料只能利用电激发形成的25%单线态激子发光,器件的内量子效率较低(最高为25%)。尽管磷光材料由于重原子中心强的自旋-轨道耦合增强了系间穿越,可以有效利用电激发形成的单线态激子和三线态激子发光,使器件的内量子效率达到100%。但磷光材料昂贵,材料稳定性差,器件效率滚降严重等问题限制了其在OLED中的应用。热激活延迟荧光发光材料是继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第三代有机发光材料。该类材料一般具有小的单线态-三线态能级差(ΔEst),三线态激子可以通过反系间穿越转变成单线态激子发光。这可以充分利用电激发下形成的单线态激子和三线态激子。器件内量子效率可达到100%。同时材料结构可控,性质稳定,价格便宜无需要贵金属,在OLED领域的应用前景广阔。
TADF材料需要具有较小的单线态-三线态能级差,较好是ΔEst<0.3eV,次好是ΔEst<0.25eV,更好是ΔEst<0.20eV,最好是ΔEst<0.1eV。在一个优先的实施方案中,TADF材料有比较小的ΔEst,在另一个优先的实施方案中,TADF有较好的荧光量子效率。一些TADF发光的材料可在下述专利文件中找到:CN103483332(A),TW201309696(A),TW201309778(A),TW201343874(A),TW201350558(A),US20120217869(A1),WO2013133359(A1),WO2013154064(A1),Adachi,et.al.Adv.Mater.,21,2009,4802,Adachi,et.al.Appl.Phys.Lett.,98,2011,083302,Adachi,et.al.Appl.Phys.Lett.,101,2012,093306,Adachi,et.al.Chem.Commun.,48,2012,11392,Adachi,et.al.Nature Photonics,6,2012,253,Adachi,et.al.Nature,492,2012,234,Adachi,et.al.J.Am.Chem.Soc,134,2012,14706,Adachi,et.al.Angew.Chem.Int.Ed,51,2012,11311,Adachi,et.al.Chem.Commun.,48,2012,9580,Adachi,et.al.Chem.Commun.,48,2013,10385,Adachi,et.al.Adv.Mater.,25,2013,3319,Adachi,et.al.Adv.Mater.,25,2013,3707,Adachi,et.al.Chem.Mater.,25,2013,3038,Adachi,et.al.Chem.Mater.,25,2013,3766,Adachi,et.al.J.Mater.Chem.C.,1,2013,4599,Adachi,et.al.J.Phys.Chem.A.,117,2013,5607,特此将上述列出的专利或文章文件中的全部内容并入本文作为参考。
下面的表中列出一些合适的TADF发光材料的例子:
3.三重态发光体(Triplet Emitter)
三重态发光体也称磷光发光体。在一个优先的实施方案中,三重态发光体是有通式M(L)n的金属络合物,其中M是一金属原子,L每次出现时可以是相同或不同,是一有机配体,它通过一个或多个位置键接或配位连接到金属原子M上,n是一个大于1的整数,较好选是1,2,3,4,5或6。可选地,这些金属络合物通过一个或多个位置联接到一个聚合物上,最好是通过有机配体。
在一个优先的实施方案中,金属原子M选于过渡金属元素或镧系元素或锕系元素,优先选择Ir,Pt,Pd,Au,Rh,Ru,Os,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Re,Cu或Ag,特别优先选择Os,Ir,Ru,Rh,Re,Pd,Au或Pt。
优先地,三重态发光体包含有螯合配体,即配体,通过至少两个结合点与金属配位,特别优先考虑的是三重态发光体包含有两个或三个相同或不同的双齿或多齿配体。螯合配体有利于提高金属络合物的稳定性。
有机配体的例子可选自苯基吡啶衍生物,7,8-苯并喹啉衍生物,2(2-噻吩基)吡啶衍生物,2(1-萘基)吡啶衍生物,或2苯基喹啉衍生物。所有这些有机配体都可能被取代,例如被含氟或三氟甲基取代。辅助配体可优先选自乙酸丙酮或苦味酸。
在一个优先的实施方案中,可用作三重态发光体的金属络合物有如下形式:
其中M是一金属,选于过渡金属元素或镧系或锕系元素,特别优先的是Ir,Pt,Au;
Ar1每次出现时可以是相同或不同,是一个环状基团,其中至少包含有一个施主原子,即有一孤对电子的原子,如氮或磷,通过它环状基团与金属配位连接;Ar2每次出现时可以是相同或不同,是一个环状基团,其中至少包含有一个C原子,通过它环状基团与金属连接;Ar1和Ar2由共价键联接在一起,可各自携带一个或多个取代基团,它们也可再通过取代基团联接在一起;L’每次出现时可以是相同或不同,是一个双齿螯合的辅助配体,最好是单阴离子双齿螯合配体;q1可以是0,1,2或3,优先地是2或3;q2可以是0,1,2或3,优先地是1或0。
一些三重态发光体的材料极其应用的例子可在下述专利文件和文献中找到:WO200070655,WO 200141512,WO 200202714,WO 200215645,EP 1191613,EP 1191612,EP1191614,WO 2005033244,WO 2005019373,US 2005/0258742,WO 2009146770,WO2010015307,WO 2010031485,WO 2010054731,WO 2010054728,WO 2010086089,WO2010099852,WO 2010102709,US 20070087219 A1,US 20090061681 A1,US 20010053462A1,Baldo,Thompson et al.Nature 403,(2000),750-753,US 20090061681 A1,US20090061681 A1,Adachi et al.Appl.Phys.Lett.78(2001),1622-1624,J.Kido etal.Appl.Phys.Lett.65(1994),2124,Kido et al.Chem.Lett.657,1990,US 2007/0252517A1,Johnson et al.,JACS 105,1983,1795,Wrighton,JACS 96,1974,998,Ma et al.,Synth.Metals 94,1998,245,US 6824895,US 7029766,US 6835469,US 6830828,US20010053462 A1,WO 2007095118 A1,US 2012004407A1,WO 2012007088A1,WO2012007087A1,WO 2012007086A1,US 2008027220A1,WO 2011157339A1,CN 102282150A,WO 2009118087A1,WO 2013107487A1,WO 2013094620A1,WO 2013174471A1,WO2014031977A1,WO 2014112450A1,WO 2014007565A1,WO 2014038456A1,WO 2014024131A1,WO 2014008982A1,WO2014023377A1。特此将上述列出的专利文件和文献中的全部内容并入本文作为参考。
在下面的表中列出一些合适的三重态发光体的例子:
本发明的一个目的是为蒸镀型OLED提供材料解决方案。
在一个优选的实施方案中,按照本发明的过渡金属配合物用于蒸镀性OLED器件。用于这个目的,按照本发明的金属有机配合物,其分子量≤1100g/mol,优选≤1000g/mol,很优选≤950g/mol,最优选≤900g/mol。
本发明的另一个目的是为印刷OLED提供材料解决方案。
在某些实施例中,按照本发明的过渡金属配合物,其分子量≥800g/mol,优选≥900g/mol,很优选≥1000g/mol,最优选≥1100g/mol。
在另一些实施例中,按照本发明的过渡金属配合物,在25℃时,在甲苯中的溶解度≥3mg/ml,优选≥4mg/ml,更优选≥6mg/ml,最优选≥8mg/ml。
本发明进一步涉及一种组合物或印刷油墨,其中,包含一种如上所述的过渡金属配合物或过渡金属高聚物或者包含其的混合物,以及至少一种有机溶剂。
本发明进一步提供一种从溶液中制备包含有按照本发明的过渡金属配合物或过渡金属高聚物的薄膜。
用于印刷工艺时,油墨的粘度,表面张力是重要的参数。合适的油墨的表面张力参数适合于特定的基板和特定的印刷方法。
在一个优选的实施例中,按照本发明的油墨在工作温度或在25℃下的表面张力约在19dyne/cm到50dyne/cm范围;更好是在22dyne/cm到35dyne/cm范围;最好是在25dyne/cm到33dyne/cm范围。
在另一个优选的实施例中,按照本发明的油墨在工作温度或25℃下的粘度约在1cps到100cps范围;较好是在1cps到50cps范围;更好是在1.5cps到20cps范围;最好是在4.0cps到20cps范围。如此配制的组合物将适合于喷墨印刷。
粘度可以通过不同的方法调节,如通过合适的溶剂选取和油墨中功能材料的浓度。按照本发明的包含有所述地金属有机配合物或高聚物的油墨可方便人们将印刷油墨按照所用的印刷方法在适当的范围调节。一般地,按照本发明的组合物包含的功能材料的重量比为0.3%~30wt%范围,较好的为0.5%~20wt%范围,更好的为0.5%~15wt%范围,更更好的为0.5%~10wt%范围,最好的为1%~5wt%范围。
在一些实施例中,按照本发明的油墨,所述的至少一种的有机溶剂选自基于芳族或杂芳族的溶剂,特别是脂肪族链/环取代的芳族溶剂、或芳族酮溶剂,或芳族醚溶剂。
适合本发明的溶剂的例子有,但不限于:基于芳族或杂芳族的溶剂:对二异丙基苯、戊苯、四氢萘、环己基苯、氯萘、1,4-二甲基萘、3-异丙基联苯、对甲基异丙苯、二戊苯、三戊苯、戊基甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二乙苯、间二乙苯、对二乙苯、1,2,3,4-四甲苯、1,2,3,5-四甲苯、1,2,4,5-四甲苯、丁苯、十二烷基苯、二己基苯、二丁基苯、对二异丙基苯、1-甲氧基萘、环己基苯、二甲基萘、3-异丙基联苯、对甲基异丙苯、1-甲基萘、1,2,4-三氯苯、1,3-二丙氧基苯、4,4-二氟二苯甲烷、1,2-二甲氧基-4-(1-丙烯基)苯、二苯甲烷、2-苯基吡啶、3-苯基吡啶、N-甲基二苯胺、4-异丙基联苯、-二氯二苯甲烷、4-(3-苯基丙基)吡啶、苯甲酸苄酯、1,1-双(3,4-二甲基苯基)乙烷、2-异丙基萘、二苄醚等;基于酮的溶剂:1-四氢萘酮,2-四氢萘酮,2-(苯基环氧)四氢萘酮,6-(甲氧基)四氢萘酮,苯乙酮、苯丙酮、二苯甲酮、及它们的衍生物,如4-甲基苯乙酮、3-甲基苯乙酮、2-甲基苯乙酮、4-甲基苯丙酮、3-甲基苯丙酮、2-甲基苯丙酮,异佛尔酮、2,6,8-三甲基-4-壬酮、葑酮、2-壬酮、3-壬酮、5-壬酮、2-癸酮、2,5-己二酮、佛尔酮、二正戊基酮;芳族醚溶剂:3-苯氧基甲苯、丁氧基苯、苄基丁基苯、对茴香醛二甲基乙缩醛、四氢-2-苯氧基-2H-吡喃、1,2-二甲氧基-4-(1-丙烯基)苯、1,4-苯并二恶烷、1,3-二丙基苯、2,5-二甲氧基甲苯、4-乙基本乙醚、1,2,4-三甲氧基苯、4-(1-丙烯基)-1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、缩水甘油基苯基醚、二苄基醚、4-叔丁基茴香醚、反式-对丙烯基茴香醚、1,2-二甲氧基苯、1-甲氧基萘、二苯醚、2-苯氧基甲醚、2-苯氧基四氢呋喃、乙基-2-萘基醚、戊醚c己醚、二辛醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁基甲醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇乙基甲醚、三乙二醇丁基甲醚、三丙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚;酯溶剂:辛酸烷酯、癸二酸烷酯、硬脂酸烷酯、苯甲酸烷酯、苯乙酸烷酯、肉桂酸烷酯、草酸烷酯、马来酸烷酯、烷内酯、油酸烷酯等。
进一步,按照本发明的油墨,所述的至少一种的有溶剂可选自:脂肪族酮,例如,2-壬酮、3-壬酮、5-壬酮、2-癸酮、2,5-己二酮、2,6,8-三甲基-4-壬酮、佛尔酮、二正戊基酮等;或脂肪族醚,例如,戊醚、己醚、二辛醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁基甲醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇乙基甲醚、三乙二醇丁基甲醚、三丙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚等。
在另一些实施例中,所述的印刷油墨进一步包含有另一种有机溶剂。另一种有机溶剂的例子,包含(但不限于):甲醇、乙醇、2-甲氧基乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、邻二氯苯、四氢呋喃、苯甲醚、吗啉、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1,4二氧杂环己烷、丙酮、甲基乙基酮、1,2二氯乙烷、3-苯氧基甲苯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢萘、萘烷、茚和/或它们的混合物。
在一个优选的实施方案中,按照本发明的过渡金属组合物是一溶液。
在另一个优选的实施方案中,按照本发明的过渡金属组合物是一悬浮液。
本发明还涉及所述过渡金属组合物作为涂料或印刷油墨在制备有机电子器件时的用途,特别优选的是通过打印或涂布的制备方法。
其中,适合的打印或涂布技术包含(但不限于)喷墨打印,喷印(NozzlePrinting),活版印刷,丝网印刷,浸涂,旋转涂布,刮刀涂布,辊筒印花,扭转辊印刷,平版印刷,柔版印刷,轮转印刷,喷涂,刷涂或移印,喷印刷(Nozzle printing),狭缝型挤压式涂布等。首选的是喷墨印刷,狭缝型挤压式涂布,喷印刷及凹版印刷。溶液或悬浮液可以另外包含一个或多个组份例如表面活性化合物,润滑剂,润湿剂,分散剂,疏水剂,粘接剂等,用于调节粘度,成膜性能,提高附着性等。有关打印技术,及其对有关溶液的相关要求,如溶剂及浓度,粘度等,的详细信息请参见Helmut Kipphan主编的《印刷媒体手册:技术和生产方法》(Handbook of Print Media:Technologies and Production Methods),ISBN 3-540-67326-1。
基于上述有机金属配合物,本发明还提供一种如上所述的过渡金属配合物或过渡金属高聚物在有机电子器件的应用。所述的有机电子器件可选于,但不限于,有机发光二极管(OLED),有机光伏电池(OPV),有机发光电池(OLEEC),有机场效应管(OFET),有机发光场效应管,有机激光器,有机自旋电子器件,有机传感器及有机等离激元发射二极管(OrganicPlasmon Emitting Diode)等,特别是OLED。本发明实施例中,优选地将所述有机金属配合物用于OLED器件的发光层中。
本发明进一步涉及一种有机电子器件,至少包含一种如上所述的有机金属配合物或高聚物。一般的,此种有机电子器件至少包含一个阴极,一个阳极及位于阴极和阳极之间的一个功能层,其中所述的功能层中至少包含一种如上所述的有机金属配合物或高聚物。所述的有机电子器件可选于,但不限于,有机发光二极管(OLED),有机光伏电池(OPV),有机发光电池(OLEEC),有机场效应管(OFET),有机发光场效应管,有机激光器,有机自旋电子器件,有机传感器及有机等离激元发射二极管(Organic Plasmon Emitting Diode)。
在一个特别优选的实施例中,所述的有机电子器件是电致发光器件,特别优选的是OLED,其中包含一基片,一阳极,至少一发光层,一阴极。
基片可以是不透明或透明。一个透明的基板可以用来制造一个透明的发光元器件。例如可参见,Bulovic等Nature 1996,380,p29,和Gu等,Appl.Phys.Lett.1996,68,p2606。基片可以是刚性的或弹性的。基片可以是塑料,金属,半导体芯片或玻璃。最好是基片有一个平滑的表面。无表面缺陷的基板是特别理想的选择。在一个优选的实施例中,基片是柔性的,可选于聚合物薄膜或塑料,其玻璃化温度Tg为150℃以上,较好是超过200℃,更好是超过250℃,最好是超过300℃。合适的柔性基板的例子有聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)和聚乙二醇(2,6-萘)(PEN)。
阳极可包含一导电金属或金属氧化物,或导电聚合物。阳极可以容易地注入空穴到空穴注入层(HIL)或空穴传输层(HTL)或发光层中。在一个的实施例中,阳极的功函数和发光层中的发光体或作为HIL或HTL或电子阻挡层(EBL)的p型半导体材料的HOMO能级或价带能级的差的绝对值小于0.5eV,较好是小于0.3eV,最好是小于0.2eV。阳极材料的例子包含但不限于:Al、Cu、Au、Ag、Mg、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Pt、ITO、铝掺杂氧化锌(AZO)等。其他合适的阳极材料是已知的,本领域普通技术人员可容易地选择使用。阳极材料可以使用任何合适的技术沉积,如一合适的物理气相沉积法,包含射频磁控溅射,真空热蒸发,电子束(e-beam)等。在某些实施例中,阳极是图案结构化的。图案化的ITO导电基板可在市场上买到,并且可以用来制备根据本发明的器件。
阴极可包含一导电金属或金属氧化物。阴极可以容易地注入电子到EIL或ETL或直接到发光层中。在一个的实施例中,阴极的功函数和发光层中发光体或作为电子注入层(EIL)或电子传输层(ETL)或空穴阻挡层(HBL)的n型半导体材料的LUMO能级或导带能级的差的绝对值小于0.5eV,较好是小于0.3eV,最好是小于0.2eV。原则上,所有可用作OLED的阴极的材料都可能作为本发明器件的阴极材料。阴极材料的例子包含但不限于:Al、Au、Ag、Ca、Ba、Mg、LiF/Al、MgAg合金、BaF2/Al、Cu、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Pt、ITO等。阴极材料可以使用任何合适的技术沉积,如一合适的物理气相沉积法,包含射频磁控溅射,真空热蒸发,电子束(e-beam)等。
OLED还可以包含其他功能层,如空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、电子阻挡层(EBL)、电子注入层(EIL)、电子传输层(ETL)、空穴阻挡层(HBL)。适合用于这些功能层中的材料在前面有描述。
在一个优选的实施例中,按照本发明的发光器件中,其发光层包含一种按照本发明的有机金属配合物或高聚物,所述的发光层通过真空蒸镀或溶液加工的方法制备而成。
按照本发明的发光器件,其发光波长在300到1000nm之间,优选在350到900nm之间,最优选在400到800nm之间。
本发明还涉及按照本发明的有机电子器件在各种电子设备中的应用,包含,但不限于,显示设备,照明设备,光源,传感器等等。
下面将结合优选实施例对本发明进行了说明,但本发明并不局限于下述实施例,应当理解,所附权利要求概括了本发明的范围在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到,对本发明的各实施例所进行的一定的改变,都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。
具体实施例
1.过渡金属配合物及其能量结构
金属有机配合物的能级可通过量子计算得到,比如利用TD-DFT(含时密度泛函理论)通过Gaussian03W(Gaussian Inc.),具体的模拟方法可参见WO2011141110。首先用半经验方法“Ground State/Hartree-Fock/Default Spin/LanL2MB”(Charge 0/Spin Singlet)来优化分子几何结构,然后有机分子的能量结构由TD-DFT(含时密度泛函理论)方法算得“TD-SCF/DFT/Default Spin/B3PW91/gen geom=connectivity pseudo=lanl2”(Charge0/Spin Singlet)。HOMO和LUMO能级按照下面的校准公式计算,S1和T1直接使用。
HOMO(eV)=((HOMO(Gaussian)×27.212)-0.9899)/1.1206
LUMO(eV)=((LUMO(Gaussian)×27.212)-2.0041)/1.385
其中HOMO(G)和LUMO(G)是Gaussian 03W的直接计算结果,单位为Hartree。结果如表一所示:
表一
2.金属有机配合物的合成
合成实施实例1:合成配合物Ir-1:
合成中间体A:
在一个干燥的250ml双口瓶里放置3,5-二甲基苯乙酮(1.72g,1.1eq)、2-溴-6-胺基苯甲醇(2g,1eq)、RuCl2(pph3)3(0.12g,0.01eq)、氢氧化钾(1.43g,2eq),抽真空充氮气循环三次,然后加入无水甲苯(100mL),然后在120℃搅拌反应24小时,反应液旋干后加入DCM萃取,浓缩后EA/PE=1:2过柱纯化得到浅白色中间体A(产率80%)。
合成中间体B:
在一个干燥的250ml双口瓶里放置中间体A(1.04g,1eq)、异丁基硼酸(0.49g,1.5eq)、Pd2(dba)3(0.09g,0.03eq)、S-phos(0.12g,0.06eq)、K3PO4(2.73g,4eq),抽真空充氮气循环三次,然后加入无水甲苯(60mL),然后120℃搅拌反应24小时,反应液旋干后加入DCM萃取,浓缩后以DCM/PE=1:4过硅胶纯化得到浅白色中间体B(产率58%)。
合成中间体C:
在一个干燥的250ml瓶中放置中间体B(1.50g,2.2eq)和三水三氯化铱(0.83g,1eq),重复抽真空和以氮气填充三次,然后加入比例为3:1的乙二醇乙醚:水的混合溶液(120mL),然后在110℃搅拌反应24小时,加入水(1000mL),把固体过滤后得到红褐色中间体C(产率34%)。
合成中间体D:
在一个干燥的250ml瓶重复抽真空和以氮气填充三次,放置氢钠(20g,5eq)后加入DMSO(150mL),然后加入1-降冰片烷酮(20g,1eq),室温搅拌40分钟,然后慢慢加入降冰片烷-1-甲酸酯(15.78g,0.7eq),加热至60℃反应4小时完结。然后慢慢加入冰水(1000mL)猝灭剩余的氢钠,然后加入PE(1000mL x 3)萃取,浓缩后以得到红褐色液体,蒸馏后得透明液体中间体D(产率25%)。
合成配合物Ir-1:
在充满氮气的气氛中,于一个100mL的三口烧瓶中放置中间体C(4.00g,1eq)、中间体D(5.9g,10eq)和碳酸钾(6.86g,20eq),然后向其中加入乙二醇乙醚(10mL),在120℃下搅拌24小时。然后加入水和二氯甲烷萃取,取下层有机溶液,减压蒸馏浓缩,然后以20:1为比例的石油醚比乙酸乙酯的混合溶剂过硅胶,取最多的红色组分,将馏分减压浓缩,通过适量加入乙醇进行重结晶,得到红色的化合物Ir-1(产率40%)。
合成实施实例2:合成配合物Ir-47
合成中间体E:
在一个干燥的250ml瓶重复抽真空和以氮气填充三次,放置氢钠(20g,5eq)后加入DMSO(150mL),然后加入methyl cyclohexanecarboxylate(20g,1eq),室温搅拌40分钟,然后慢慢加入1-金刚烷甲酮(22.3g,0.7eq),加热至60℃反应4小时完结。然后慢慢加入冰水(1000mL)猝灭剩余的氢钠,然后加入PE(1000mL x 3)萃取,浓缩后以得到红褐色液体,蒸馏后得透明液体中间体E(产率23%)。
合成配合物Ir-47:
在充满氮气的气氛中,于一个100mL的三口烧瓶中放置中间体C(4.00g,1eq)、中间体E(7.2g,10eq)和碳酸钾(6.86g,20eq),然后向其中加入乙二醇乙醚(10mL),在120℃下搅拌24小时。然后加入水和二氯甲烷萃取,取下层有机溶液,减压蒸馏浓缩,然后以20:1为比例的石油醚比乙酸乙酯的混合溶剂过硅胶,取最多的红色组分,将馏分减压浓缩,通过适量加入乙醇进行重结晶,得到红色的化合物Ir-47(产率29%)。
合成实施实例3:合成配合物Ir-52
合成中间体F:
在一个干燥的250ml瓶重复抽真空和以氮气填充三次,放置氢钠(20g,5eq)后加入DMSO(150mL),然后加入1-金刚烷甲酸酯(27.32g,1eq),室温搅拌40分钟,然后慢慢加入1-金刚烷甲酮(22.3g,0.7eq),加热至60℃反应4小时完结。然后慢慢加入冰水(1000mL)猝灭剩余的氢钠,然后加入PE(1000mL x 3)萃取,浓缩后以得到红褐色液体,蒸馏后得透明液体中间体F(产率23%)。
合成配合物Ir-52:
在充满氮气的气氛中,于一个100mL的三口烧瓶中放置中间体C(4.00g,1eq)、中间体F(10.37g,10eq)和碳酸钾(6.86g,20eq),然后向其中加入乙二醇乙醚(10mL),在120℃下搅拌24小时。然后加入水和二氯甲烷萃取,取下层有机溶液,减压蒸馏浓缩,然后以20:1为比例的石油醚比乙酸乙酯的混合溶剂过硅胶,取最多的红色组分,将馏分减压浓缩,通过适量加入乙醇进行重结晶,得到红色的化合物Ir-52(产率55%)。
合成对比例1:合成配合物c-Ir-1
合成配合物c-Ir-1:
在充满氮气的气氛中,于一个100mL的三口烧瓶中放置中间体C(4.00g,1eq)、乙酰丙酮(2.5g,10eq)和碳酸钾(6.86g,20eq),然后向其中加入乙二醇乙醚(10mL),在120℃下搅拌24小时。然后加入水和二氯甲烷萃取,取下层有机溶液,减压蒸馏浓缩,然后以20:1为比例的石油醚比乙酸乙酯的混合溶剂过硅胶,取最多的红色组分,将馏分减压浓缩,通过适量加入乙醇进行重结晶,得到橙红色的化合物c-Ir-1(产率25%)。
合成对比例2::合成配合物c-Ir-2
合成中间体G:
在一个干燥的250ml瓶重复抽真空和以氮气填充三次,放置氢钠(20g,5eq)后加入DMSO(150mL),然后加入异戊酸甲酯(16.3g,1eq),室温搅拌40分钟,然后慢慢加入丙酮(7.26g,0.7eq),加热至60℃反应4小时完结。然后慢慢加入冰水(1000mL)猝灭剩余的氢钠,然后加入PE(1000mL x 3)萃取,浓缩后以得到红褐色液体,蒸馏后得透明液体中间体G(产率20%)。
合成配合物c-Ir-2:
在充满氮气的气氛中,于一个100mL的三口烧瓶中放置中间体C(4.00g,1eq)、中间体G(2.5g,10eq)和碳酸钾(6.86g,20eq),然后向其中加入乙二醇乙醚(10mL),在120℃下搅拌24小时。然后加入水和二氯甲烷萃取,取下层有机溶液,减压蒸馏浓缩,然后以20:1为比例的石油醚比乙酸乙酯的混合溶剂过硅胶,取最多的红色组分,将馏分减压浓缩,通过适量加入乙醇进行重结晶,得到橙红色的化合物c-Ir-2(产率53%)。
3.配合物的光物理性质
如图1所示,从Ir-47,Ir-52,c-Ir-1,c-Ir-2和c-Ir-3在二氯甲烷溶液的PL光谱中可以看出所有配合物的光谱都呈现了较窄的发射,发射光谱最大峰皆位于550至650nm之间,说明此类型的配合物适合用于红光的电子器件。表二列出各例子材料的发光最大谱、半峰宽:
表二
4.OLED器件的制备和表征:
具有ITO/NPD(60nm)/15%Ir-1,Ir-47,Ir-52,c-Ir-1,c-Ir-2:mCP(45nm)/TPBi(35nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)/阴极的OLED器件的制备步骤如下:
a、导电玻璃基片的清洗:首次使用时,可用多种溶剂进行清洗,例如氯仿、酮、异丙醇进行清洗,然后进行紫外臭氧等离子处理;
b、HTL(60nm),EML(45nm),ETL(35nm):在高真空(1×10-6毫巴,mbar)中热蒸镀而成;
c、阴极:LiF/Al(1nm/150nm)在高真空(1×10-6毫巴)中热蒸镀而成;
d、封装:器件在氮气手套箱中用紫外线硬化树脂封装。
OLED器件的电流电压亮度(JVL)特性通过表征设备来表征,同时记录重要的参数如效率及外部量子效率。经检测,与磷光掺杂剂c-Ir-1,c-Ir-2和c-Ir-3相对比较,由Ir-1,Ir-47,Ir-52制作的OLED器件的相对外部量子效率和寿命参数如表二、表三所示:
相对外部量子效率数据(表二)
相对器件寿命参数(表三)
进一步的优化,如器件结构的优化,HTM,ETM及主体材料的组合优化,将进一步提高器件的性能,特别是效率,驱动电压及寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,本发明的应用不限于上述的举例,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种过渡金属配合物,其特征在于,具有如化学式(1)所示的结构通式:
M为铱、钌、金、铂、铬、钼、铑、锇、铼、镍、铜、银、锌、钨或钯,m为1、2或3;
L1为与所述M配位的辅助配体;当所述L1存在多个时,多个所述L1彼此相同或不同;且所述L1为至少包含有一个非芳香族环系或烷烃分子笼的基团,所述L1具有如化学式(3)所示的结构:
X1、X2分别与所述M键合;所述X1、X2各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子或磷原子;
R3选自:H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的直链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团;
R4、R5、R6、R7、R8和R9各自独立地选自:具有1-20碳原子的直链烷烃、具有1-20个碳原子的支链烷烃、具有1-20个碳原子的直链烯烃、具有1-20个碳原子的支链烯烃或具有1-6个碳原子的烷烃醚;
且R4,R5,R6中至少有两个互相桥接;
R7,R8,R9中至少有两个互相桥接;
n是1或2;
当Ar1存在多个时,多个所述Ar1彼此相同或不同;所述Ar1为具有5-20个环原子的芳香族基团、具有5-20个环原子的杂芳香族基团或者具有5-20个环原子的非芳香族基团;
所述Ar1被一个或多个R1基团取代,当所述Ar1被多个所述R1基团取代时,多个所述R1基团彼此相同或不同;
当Ar2存在多个时,多个所述Ar2彼此相同或不同;所述Ar2为具有5-20个环原子的芳香族环系、具有5-20个环原子的杂芳香族环系或者具有5-20个环原子的非芳香族环系;
所述Ar2可被一个或多个R2基团取代,当所述Ar2被多个所述R2基团取代时,多个所述R2基团彼此相同或不同;
R1,R2各自独立地选自:H、D、卤素原子、具有1-20个碳原子的直链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烷烃取代基、具有1-20个碳原子的直链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的支链烯烃取代基、具有1-20个碳原子的烷烃醚取代基、芳香族基团、杂芳香族基团或者非芳香族基团。
2.根据权利要求1所述的过渡金属配合物,其特征在于,所述R4,R5,R6中任意两个彼此互相桥接;所述R7,R8,R9中任意两个彼此互相桥接。
9.一种过渡金属聚合物,其特征在于,所述过渡金属聚合物的重复单元包含至少一种权利要求1~8中任一项所述的过渡金属配合物的结构。
10.一种过渡金属混合物,其特征在于,包括至少一种权利要求1~8任一项所述的过渡金属配合物或权利要求9所述的过渡金属聚合物,及至少一种有机功能材料,所述有机功能材料为空穴注入材料、空穴传输材料、电子传输材料、电子注入材料、电子阻挡材料、空穴阻挡材料、发光体、主体材料或掺杂材料。
11.一种过渡金属组合物,其特征在于,包含权利要求1~8任一项所述的过渡金属配合物或权利要求9所述的过渡金属聚合物,及至少一种有机溶剂。
12.权利要求1~8中任一项的过渡金属配合物或权利要求9中所述的过渡金属聚合物在制备有机电子器件中的应用。
13.一种有机电子器件,其特征在于,包含权利要求1~8任一项所述的过渡金属配合物或权利要求9所述的过渡金属聚合物。
14.根据权利要求13所述的有机电子器件,其特征在于,包括发光层,所述发光层包含有至少一种权利要求1~8中任一项所述的过渡金属配合物或权利要求9所述的过渡金属聚合物。
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