CN112479979A - 一种封装型热激活延迟荧光化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封装型热激活延迟荧光化合物，这种分子设计结构可以在不干扰TADF特征的情况下，实现对中心发光核的有效保护，从而抑制激子猝灭。外周封装基团可以隔绝载流子和激子的相互作用，有效地抑制三线态激子和极化子的相互作用。
Description
技术领域
本发明属于化合物技术领域，具体涉及一种封装型热激活延迟荧光化合物。
背景技术
本发明精心设计了几种封装型热激活延迟荧光化合物，以及其制备方法。有效的分子封装可以有效地抑制激子聚集和激子-极化子相互作用引起的猝灭效应。封装型TADF材料可以作为有机发光二极管中的主体或者客体材料，溶液法制备工艺可以实现了外量子效率大于20％的蓝、绿、白色TADF OLEDs。有机发光二极管(OLED)以其轻量化、超薄性和柔韧性等特点，已广泛应用于商用平板显示器，但同时实现低成本、高效率仍是一项艰巨的任务。虽然磷光配合物的内部量子效率(IQE)接近100％，但稀有金属如Ir和Pt价格昂贵，不适合低成本的OLED的要求。热激活延迟荧光材料(TADF)可以通过有效的反向系间窜越(RISC)来利用非辐射的三重态激子，从而形成100％内量子效率。目前，TADF材料已经被广泛地应用于高性能的OLED材料的开发。除了发光材料外，制备方法也限制了OLED的生产成本和经济效益。与真空沉积技术相比，溶液处理技术具有成本低、工艺简单等优点。因此，开发可溶液加工的TADF材料收到广泛的关注。通常，抑制TADF材料的激子猝灭效应是实现高效TADFOLEDs的关键。虽然掺杂的概念已使得真空沉积的TADF OLEDs获得了很高的器件效率，但是溶液处理的TADF OLEDs的性能仍然相对较低。在溶液处理的掺杂体系中，主体材料和客体材料都对器件的效率起着重要的作用。研究者通过控制小分子TADF发射器的溶解度来提高溶液处理的蓝色和绿色TADF OLEDs的外量子效率(external quantum efficiency,EQE)。也有部分研究者将TADF技术转移到聚合物发射器上，充分消除了小分子溶解性差、结晶性强的影响，保证了溶液处理的黄、蓝绿色TADF器件的高效率。尽管科学家成功地确定了几种重要的设计策略，但这些研究只关注了TADF发光材料的分子修饰。由于主体分子是发射层(EML)的主要组成部分，所以主体的电子性质与器件性能密切相关。到目前为止，溶剂处理的TADF发光材料常用的主体仍局限于传统的小分子物质。然而，这些传统的小分子主体在电应力作用下，由于激子-极化子相互作用诱导的分子聚集而产生低能量的红移辐射。更糟糕的是，这种聚集在溶液处理的EML设备中比在真空沉积的EML更严重。除了分子聚集外，激子与极化子的相互作用也会导致这些传统主体的激子严重猝灭。如果激子在主体中被猝灭，即使使用TADF客体，EML也不会产生100％的内部量子效率。如果三重态在载流子传递基团上发生局域化的话，极化引起的三重态激子分解将会很严重。此外，由于参与了载流子的输运和激子的复合，在主体分子中电荷和激子之间的相互作用将得到促进。因此，探索合理的分子设计策略来抑制分子的聚集和激子极化子的猝灭，对于进一步提高溶液处理的TADFOLEDs具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的提出一种封装型热激活延迟荧光化合物，设计并合成了一类封装型TADF分子，包含三个官能团，TADF发射核心和外围封装基团以及柔性烷基链作为连接基团。外围封装基团具有屏蔽作用，可以减少TADF发射核心的分子间的相互作用引起的猝灭效应，充分利用三线态激子发光。重要的是，分离的激子复合和电荷传输基团使分子具有独立的能量和电荷转移通道，从而在不牺牲三线态能量和TADF特征的前提下，抑制材料的激子和极化子猝灭效应(TPQ)。此类封装型TADF材料可以有效的作为溶液处理的OLED的发光层。器件的电致发光性能优异，最大电流效率(CE)、功率效率(PE)和外量子效率(EQE)几乎是未封装的同类器件的4倍。封装型TADF材料可以通过溶液加工获得高效的电致发光器件，甚至可以与传统小分子的真空蒸镀器件相媲美。封装型TADF材料将为溶液处理的TADF OLEDs开辟道路。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：含有TADF发光核，柔性连接基团以及外围封装基团，结构通式为：
优选地，C代表TADF发光核；L是柔性连接基团；R是外围封装基团。
优选地，TADF发光核选自以下几种类型：
优选地，柔性连接基团是含碳的烷基链，其中n＝2-20：
优选地，外围封装团R选自以下基团的一种或多种：
制备封装型热激活延迟荧光化合物的方法，制备封装型热激活延迟荧光化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在N2氛围下，将带羟基的发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，滴加无水DMF，搅拌3h；然后，滴加五氟苯甲腈，搅拌15分钟，45℃反应24小时；加入250mL水，用CH2Cl2萃取三次；用无水MgSO4干燥复合有机层，真空脱除溶剂；沉淀经硅胶柱层析纯化，得到亮绿色产物；
(2)将带发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，加入TBAB、甲苯与其混合加热回流N2氛围下反应12h；冷却到室温后，除去溶剂，粗品溶于CH2Cl2中，用饱和盐水洗涤；有机层用MgSO4干燥；用柱层析法纯化产物，得到白色固体；
(3)将带发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，加入N,N-二甲基甲酰胺溶液，反应在100℃氮气下加热4小时，冷却后倒入200毫升水中；粗产物经硅胶柱层析过滤纯化，用乙酸乙酯重结晶得到白色产物。
优选地的，该化合物在电致发光领域中的应用。
一种发光材料，包括热激活延迟荧光材料和有机功能材料，所述的热激活延迟荧光材料为权利要求1所述的封装型热激活延迟荧光化合物中的一种或多种，所述的有机功能材料为空穴注入材料、空穴传输层材料、电子注入层材料、电子阻挡层、发光材料、主体材料中的一种或多种。
上述技术方案可以得到以下有益效果：
这种分子设计结构可以在不干扰TADF特征的情况下，实现对中心发光核的有效保护，从而抑制激子猝灭。外周封装基团可以隔绝载流子和激子的相互作用，有效地抑制三线态激子和极化子的相互作用。光物理测量结果表明，外围单元的微小变化会对发光效率产生明显的影响。外围封装基团空间体积的增大可以有效提交封装效果，使电致发光谱蓝移。外围激子向中心发光核的传递，以及中心核间的区域隔离效应使得激子利用率有效提高。
此外，引入封装基团还增加了整体化合物的分子量，使得材料更有利于溶液加工，同时还能抑制下一层溶液处理使对发光层的破坏。因此，封装型热激活延迟荧光材料还可用于全溶液处理的OLEDs器件的制备；且蓝光、绿光还有白光的器件效率甚至可以与真空沉积的器件相媲美。
(1)本发明中引入的封装基团能在不干扰TADF特征的同时，有效地提高封装材料的耐溶剂能力，同时抑制激子猝灭。
(2)本发明合成的化合物经过外周的封装基团的保护能通过隔离能量传递和电荷传输通道，有效地抑制三重态和三重激子猝灭。
(3)本发明使得完全溶解处理的TADF型OLED实现2.9eV的低开启电压，以及大于20％的高外量子效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明：
实施例：TZ-3Cz热激活延迟荧光分子化合物的合成：
将带发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，加入50ml N,N-二甲基甲酰胺溶液。反应在100℃氮气下加热4小时，冷却后倒入200毫升水中。粗产物经硅胶柱层析过滤纯化。用乙酸乙酯重结晶得到白色产物(3.5g,85％)。
以上所述均为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的原理前提下，对本发明的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：含有TADF发光核，柔性连接基团以及外围封装基团，结构通式为：
2.根据权利要求1所述的一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：C代表TADF发光核；L是柔性连接基团；R是外围封装基团。
3.根据权利要求1所述的一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：TADF发光核选自以下几种类型：
4.根据权利要求1所述的一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：柔性连接基团是含碳的烷基链，其中n＝2-20：
5.根据权利要求1所述的一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：外围封装团R选自以下基团的一种或多种：
6.制备封装型热激活延迟荧光化合物的方法，其特征在于：制备封装型热激活延迟荧光化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在N2氛围下，将带羟基的发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，滴加无水DMF，搅拌3h；然后，滴加五氟苯甲腈，搅拌15分钟，45℃反应24小时；加入250mL水，用CH2Cl2萃取三次；用无水MgSO4干燥复合有机层，真空脱除溶剂；沉淀经硅胶柱层析纯化，得到亮绿色产物；
(2)将带发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，加入TBAB、甲苯与其混合加热回流N2氛围下反应12h；冷却到室温后，除去溶剂，粗品溶于CH2Cl2中，用饱和盐水洗涤；有机层用MgSO4干燥；用柱层析法纯化产物，得到白色固体；
(3)将带发光核分子以及烷基链，加入茄形瓶中，加入N,N-二甲基甲酰胺溶液，反应在100℃氮气下加热4小时，冷却后倒入200毫升水中；粗产物经硅胶柱层析过滤纯化，用乙酸乙酯重结晶得到白色产物。
7.根据权利要求1所述的一种封装型热激活延迟荧光化合物，其特征在于：该化合物在电致发光领域中的应用。
8.一种发光材料，其特征在于：包括热激活延迟荧光材料和有机功能材料，所述的热激活延迟荧光材料为权利要求1所述的封装型热激活延迟荧光化合物中的一种或多种，所述的有机功能材料为空穴注入材料、空穴传输层材料、电子注入层材料、电子阻挡层、发光材料、主体材料中的一种或多种。
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| CN202011358218.6A CN112479979A (zh) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | 一种封装型热激活延迟荧光化合物 |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN105895811A (zh) * | 2015-01-26 | 2016-08-24 | 北京维信诺科技有限公司 | 一种热活化敏化荧光有机电致发光器件 |
| CN109244256A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-18 | 华南理工大学 | 高效非掺杂超薄发光层热活化延迟荧光有机发光二极管及其制备方法 |
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-
2020
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