CN115504889A - 含氮化合物、电子元件和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于有机材料技术领域，提供了一种含氮化合物、电子元件和电子装置。该含氮化合物的结构如式1所示，其中，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自：碳原子数为6～30的取代或未取代的芳基、碳原子数为3～30的取代或未取代的杂芳基；R1、R2和R3各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基。本发明的含氮化合物能够改善电子元件的性能。
Description
技术领域
本申请涉及有机材料技术领域，尤其涉及一种含氮化合物、电子元件和电子装置。
背景技术
随着电子技术的发展和材料科学的进步，用于实现电致发光或者光电转化的电子元件的应用范围越来越广泛。该类电子元件，例如有机电致发光器件或者光电转化器件，通常包括相对设置的阴极和阳极，以及设置于阴极和阳极之间的功能层。该功能层由多层有机或者无机膜层组成，且一般包括能量转化层、位于能量转化层与阳极之间的空穴传输层、位于能量转化层与阴极之间的电子传输层。
举例而言，当电子元件为有机电致发光器件时，其一般包括依次层叠设置的阳极、空穴传输层、作为能量转化层的有机发光层、电子传输层和阴极。当阴阳两极施加电压时，两电极产生电场，在电场的作用下，阴极侧的电子向有机发光层移动，阳极侧的空穴也向有机发光层移动，电子和空穴在有机发光层结合形成激子，激子处于激发态向外释放能量，进而使得有机发光层对外发光。
现有技术中，专利文献CN110467536A也公开了一些新的电致发光材料。但是，电致发光材料的寿命较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含氮化合物、电子元件和电子装置，该含氮化合物能提高电子元件的性能。
为实现上述发明目的，本申请采用如下技术方案：
根据本申请的第一方面，提供一种含氮化合物，结构如化学式1所示：
其中，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4彼此相同或不同，各自独立地选自：碳原子数为6～30的取代或未取代的芳基、碳原子数为3～30的取代或未取代的杂芳基；
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基彼此相同或不同，且各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；任选地，任意两个相邻的取代基形成环；
R1、R2和R3彼此相同或不同，且各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；
n1表示R1的个数，且n1选自0、1、2或3；当n1大于1时，任意两个R1相同或者不同；
n2表示R2的个数，且n2选自0、1、2或3；当n2大于1时，任意两个R2相同或者不同；
n3表示R3的个数，且n3选自0、1、2、3或4；当n3大于1时，任意两个R3相同或者不同。
根据本申请的第二方面，提供一种电子元件，该电子元件包括相对设置的阳极和阴极，以及设于所述阳极和所述阴极之间的功能层；所述功能层包含上述的含氮化合物。
根据本申请的第三个方面，提供一种电子装置，该电子装置包括上述的电子元件。
本申请提供的含氮化合物中，在芴的9号位螺接金刚烷结构，同时在芴的一个苯环上结合亚苯基类结构以形成母核，进一步地，在该母核的两侧分别引入芳胺类基团，这种分子结构具有较高的不对称性，低的结晶性和良好的成膜能力。所提供的含氮化合物不但具有高的空穴迁移率，还具有较高的稳定性。将本申请含氮化合物用于有机电致发光器中，能使器件具有较高的使用寿命，同时兼具较高的发光效率和较低的工作电压。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本申请一种实施方式的有机电致发光器件的结构示意图。
图2是本申请一种实施方式的电子装置的结构示意图。
图3是本申请一种实施方式的光电转化器件的结构示意图。
图4是本申请另一种实施方式的电子装置的结构示意图。
附图标记说明：
100、阳极；200、阴极；300、功能层；310、空穴注入层；320：空穴传输层；321、第一空穴传输层；322、第二空穴传输层；330、有机发光层；340、电子传输层；350、电子注入层；360、光电转化层；400、第一电子装置；500、第二电子装置。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。
在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
第一方面，本申请提供一种含氮化合物，提供一种含氮化合物，结构如化学式1所示：
其中，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4彼此相同或不同，各自独立地选自：碳原子数为6～30的取代或未取代的芳基、碳原子数为3～30的取代或未取代的杂芳基；
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基彼此相同或不同，且各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；任选地，任意两个相邻的取代基形成环；
R1、R2和R3彼此相同或不同，且各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；
n1表示R1的个数，且n1选自0、1、2或3；当n1大于1时，任意两个R1相同或者不同；
n2表示R2的个数，且n2选自0、1、2或3；当n2大于1时，任意两个R2相同或者不同；
n3表示R3的个数，且n3选自0、1、2、3或4；当n3大于1时，任意两个R3相同或者不同。
在本申请中，术语“任选”、“任选地”意味着随后所描述的事件或者环境可以但不必发生，该说明包括该事情或者发生或者不发生的场合。例如，“任选地，任意两个相邻的取代基形成环”意味着这两个取代基可以形成环但不是必须形成环，包括：相邻的两个取代基形成环的情景和相邻的两个取代基不形成环的情景。
在本申请中，“取代或未取代的”这样的术语是指，在该术语后面记载的官能团可以具有或不具有取代基(下文为了便于描述，将取代基统称为Rc)，如果具有取代基的情况下，取代基的个数可以是一个，也可以是多个。例如，“取代或未取代的芳基”是指具有一个或多个取代基Rc的芳基或者非取代的芳基。其中上述的取代基，即Rc，例如可以为氘、卤素基团、氰基、杂芳基、芳基、三烷基硅基、烷基、卤代烷基、环烷基等。当同一个原子上连接有两个取代基Rc时，这两个取代基Rc可以独立地存在或者相互连接以与所述原子形成环；当官能团上存在两个相邻的取代基Rc时，相邻的个取代基Rc可以独立地存在或者与其所连接的官能团稠合成环。
在本申请中，所采用的描述方式“各……独立地选自”与“……分别独立地为”和“……独立地选自”可以互换，均应做广义理解，其既可以是指在不同基团中，相同符号之间所表达的具体选项之间互相不影响，也可以表示在相同的基团中，相同符号之间所表达的具体选项之间互相不影响。举例来讲，“
其中，各q独立地选自0、1、2或3，各R”独立地选自氢、氘、氟、氯”，其含义是：式Q-1表示苯环上有q个取代基R”，各个R”可以相同也可以不同，每个R”的选项之间互不影响；式Q-2表示联苯的每一个苯环上有q个取代基R”，两个苯环上的R”取代基的个数q可以相同或不同，各个R”可以相同也可以不同，每个R”的选项之间互不影响。
在本申请中，芳基指的是衍生自芳香碳环的任选官能团或取代基。芳基可以是单环芳基或多环芳基，换言之，芳基可以是单环芳基、稠环芳基、通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个单环芳基、通过碳碳键共轭连接的单环芳基和稠环芳基、通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个稠环芳基。即，通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个芳香基团也可以视为本申请的芳基。其中，芳基中不含有B、N、O、S、P和Si等杂原子。举例而言，在本申请中，联苯基、三联苯基等为芳基。芳基的实例可以包括但不限于，苯基、萘基、芴基、蒽基、菲基、联苯基、三联苯基、苯并[9,10]菲基、芘基、苯并荧蒽基、
基等。
在本申请中，取代的芳基可以是芳基中的一个或者两个以上氢原子被诸如氘原子、卤素基团、-CN、芳基、杂芳基、三烷基硅基、烷基、环烷基等基团取代。杂芳基取代的芳基的具体实例包括但不限于，二苯并呋喃基取代的苯基、二苯并噻吩取代的苯基、吡啶取代的苯基等。应当理解地是，取代的芳基的碳原子数，指的是芳基和芳基上的取代基的碳原子总数，例如碳原子数为18的取代的芳基，指的是芳基和取代基的总碳原子数为18。
在本申请中，杂芳基是指环中包含至少一个杂原子的一价芳香环或其衍生物，杂原子可以是B、O、N、P、Si和S中的至少一种。杂芳基可以是单环杂芳基或多环杂芳基，换言之，杂芳基可以是单个芳香环体系，也可以是通过碳碳键共轭连接的多个芳香环体系，且任一芳香环体系为一个芳香单环或者一个芳香稠环。示例地，杂芳基可以包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、噁唑基、噁二唑基、三唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、吩噁嗪基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、异喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、噻吩并噻吩基、苯并呋喃基、菲咯啉基、异噁唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、吩噻嗪基、硅芴基、二苯并呋喃基以及N-苯基咔唑基、N-吡啶基咔唑基、N-甲基咔唑基等，而不限于此。其中，噻吩基、呋喃基、菲咯啉基等为单个芳香环体系类型的杂芳基，N-苯基咔唑基为通过碳碳键共轭连接的多环体系类型的杂芳基。
在本申请中，取代的杂芳基可以是杂芳基中的一个或者两个以上氢原子被诸如氘原子、卤素基团、-CN、芳基、杂芳基、三烷基硅基、烷基、环烷基等基团取代。芳基取代的杂芳基的具体实例包括但不限于，苯基取代的二苯并呋喃基、苯基取代的二苯并噻吩基、苯基取代的吡啶基等。应当理解地是，取代的杂芳基的碳原子数，指的是杂芳基和杂芳基上的取代基的碳原子总数。
本申请中，不定位连接键是指从环体系中伸出的单键
其表示该连接键的一端可以连接该键所贯穿的环体系中的任意位置，另一端连接化合物分子其余部分。
举例而言，如下式(f)中所示地，式(f)所表示的萘基通过两个贯穿双环的不定位连接键与分子其他位置连接，其所表示的含义，包括如式(f-1)～式(f-10)所示出的任一可能的连接方式。
再举例而言，如下式(X')中所示地，式(X')所表示的菲基通过一个从一侧苯环中间伸出的不定位连接键与分子其他位置连接，其所表示的含义，包括如式(X'-1)～式(X'-4)所示出的任一可能的连接方式。
本申请中的不定位取代基，指的是通过一个从环体系中央伸出的单键连接的取代基，其表示该取代基可以连接在该环体系中的任何可能位置。例如，如下式(Y)中所示地，式(Y)所表示的取代基R'通过一个不定位连接键与喹啉环连接，其所表示的含义，包括如式(Y-1)～式(Y-7)所示出的任一可能的连接方式。
本申请中，碳原子数为3～10的环烷基可以作为芳基、杂芳基的取代基，其具体实例包括但不限于，环戊基、环己基、金刚烷基等。
本申请中，碳原子数为1～10的烷基可以包括C1～C10的直链烷基和C3～C10的支链烷基，碳原子数例如可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，碳原子数为1～10的烷基的具体实施包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等。
本申请中，卤素可以包括氟、氯、溴、碘。
本申请中，碳原子数为6～20芳基、碳原子数为6～18芳基的碳原子数可以各自独立地为6(例如为苯基)、10(例如为萘)、12(例如为联苯基)、15、18等。
可选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自：碳原子数为6～25的取代或未取代的芳基、碳原子数为5～20的取代或未取代的杂芳基。具体地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自：碳原子数为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25的取代或未取代的芳基，碳原子数为5、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的取代或未取代的杂芳基。
进一步可选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自：碳原子数为6～18的取代或未取代的芳基、碳原子数为5～20的取代或未取代的杂芳基。
可选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基各自独立地选自：氘、氟、氰基、碳原子数为6～12的芳基、碳原子数为5～12的杂芳基、碳原子数为3～7的三烷基硅基、碳原子数为1～4的烷基、碳原子数为1～4的氟代烷基、碳原子数为5～10的环烷基；任选地，任意两个相邻的取代基形成5～15元的饱和或不饱和环。Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基的具体实例包括但不限于，氘、氟、氰基、苯基、萘基、联苯基、吡啶基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、咔唑基、三甲基硅基、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、三氟甲基、环戊基、环己基。
在一种实施方式中，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的喹啉基、取代或未取代的异喹啉基、取代或未取代的二苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的咔唑基。
可选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基各自独立地选自氘、氟、氰基、苯基、萘基、吡啶基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、三甲基硅基、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、三氟甲基、环己基、环戊基；任选地，任意两个相邻的取代基形成芴环、环己烷或环戊烷。
在一些实施方式中，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4可以各自独立地选自化学式i-1至化学式i-15所示的基团所组成的组：
其中，M1选自单键或者
G1～G5各自独立地选自N或者C(F1)，且G1～G5中至少一个选自N；当G1～G5中的两个以上选自C(F1)时，任意两个F1相同或者不相同；
G6～G13各自独立地选自N或者C(F2)，且G6～G13中至少一个选自N；当G6～G13中的两个以上选自C(F2)时，任意两个F2相同或者不相同；
G14～G23各自独立地选自N或者C(F3)，且G14～G23中至少一个选自N；当G14～G23中的两个以上选自C(F3)时，任意两个F3相同或者不相同；
G24～G33各自独立地选自N或者C(F4)，且G24～G33中至少一个选自N；当G24～G33中的两个以上选自C(F4)时，任意两个F4相同或者不相同；
H1选自氢、氘、氟、氯、溴、氰基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；
H2～H9、H21各自独立地选自：氢、氘、氟、氯、溴、氰基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基、碳原子数为3～18的杂芳基；
H10～H20、F1～F4各自独立地选自：氢、氘、氟、氯、溴、氰基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基、碳原子数为6～18的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基；
h1～h21以hk表示，H1～H21以Hk表示，k为变量，表示1～21的任意整数，hk表示取代基Hk的个数；其中，当k选自5或者17时，hk选自1、2或者3；当k选自2、7、8、12、15、16、18或者21时，hk选自1、2、3或者4；当k选自1、3、4、6、9或者14时，hk选自1、2、3、4或者5；当k为13时，hk选自1、2、3、4、5或者6；当k选自10或者19时，hk选自1、2、3、4、5、6或者7；当k为20时，hk选自1、2、3、4、5、6、7或者8；当k为11时，hk选自1、2、3、4、5、6、7、8或9；且当hk大于1时，任意两个Hk相同或者不相同；
K1选自O、S、N(H22)、C(H23H24)、Si(H23H24)；其中，H22、H23、H24各自独立地选自：碳原子数为6～18的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～10的环烷基，或者上述H23和H24相互连接以与它们共同连接的原子形成环；
K2选自单键、O、S、N(H25)、C(H26H27)、Si(H26H27)；其中，H25、H26、H27各自独立地选自：碳原子数为6～18的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为3～10的环烷基，或者上述H26和H27相互连接以与它们共同连接的原子形成环。
在本申请中，化学式i-10和i-11中，当K2表示单键时，化学式i-10和i-11具体的结构分别如下所示：
在本申请中，上述H23与H24、上述H26与H27两组中，每组中的两个基团相互连接所形成的环可以是饱和或不饱和的，例如可以形成饱和或不饱和的5至13元环。举例来讲，化学式i-10中，当K2和M1均为单键，H19为氢，h19＝7，K1为C(H23H24)，H23与H24相互连接以与它们共同连接的原子形成五元环时，化学式i-10即为
同样地，化学式i-10也可以代表
即H23与H24相互连接以与它们共同连接的原子形成部分不饱和的13元环。
在一种实施方式中，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4各自独立地选自取代或未取代的基团Z；其中，未取代的基团Z选自如下基团所组成的组：
取代的基团Z中具有一个或两个以上的取代基，取代基各自独立地选自氘、氰基、氟、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、环戊基、环己基、三甲基硅基、吡啶基、苯基、萘基；当取代基的个数大于1时，任选地，任意两个取代基与其所连接的原子一起形成芴环、环己环或环戊环。
可选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自如下基团所组成的组：
可选地，R1、R2、R3各自独立地选自：氘、氟、氰基、碳原子数为1～4的烷基、碳原子数为5～10的环烷基、碳原子数为3～7的三烷基硅基、碳原子数为6～15的芳基、碳原子数为5～12的杂芳基。
按照一种示例性的实施方式，n1＝0、1或2，R1选自氟、氰基、甲基、乙基、叔丁基、氘、三甲基硅基、环己基、苯基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、咔唑基。
按照一种示例性的实施方式，n2＝0、1或2，R2选自氟、氰基、甲基、乙基、叔丁基、氘、三甲基硅基、苯基。
按照一种示例性的实施方式，n3＝0、1或2，R3选自氟、氰基、甲基、乙基、叔丁基、氘、三甲基硅基、苯基。
按照一种实施方式，该含氮化合物中，Ar1和Ar3相同，Ar2和Ar4相同。
在本申请的式1中，
为
在一些实施方式中，所述含氮化合物的结构选自以下结构所组成的组：
在一种优选的实施方式中，所述含氮化合物结构如式1-1所示：
这种情况下，所述含氮化合物能进一步提高器件的使用寿命并降低器件的驱动电压。
可选地，所述含氮化合物选自如下化合物所组成的组：
本申请对提供的含氮化合物的合成方法没有特别限定，本领域技术人员可以根据本申请的含氮化合物结合合成例的制备方法确定合适的合成方法。换言之，本申请的合成例部分示例性地提供了含氮化合物的制备方法，所采用的原料可通过商购获得或本领域熟知的方法获得。本领域技术人员可以根据这些示例性合成例的制备方法得到本申请提供的所有含氮化合物，在此不再详述制备该含氮化合物的所有具体制备方法，本领域技术人员不应理解为对本申请的限制。
第二方面，本申请提供一种电子元件，该电子元件包括相对设置的阳极和阴极，以及设于所述阳极和所述阴极之间的功能层；所述功能层包含上述的含氮化合物。
可选地，所述电子元件为有机电致发光器件或光电转化器件。
可选地，所述功能层包括空穴传输层，所述空穴传输层包含本申请所提供的含氮化合物。其中，空穴传输层既可以由本申请所提供的含氮化合物组成，也可以由本申请所提供的含氮化合物和其他材料共同组成。所述空穴传输层可以是一层，还可以是两层或更多层。
优选地，所述空穴传输层包括层叠设置第一空穴传输层和第二空穴传输层，且相对于所述第二空穴传输层，所述第一空穴传输层更靠近所述阳极，其中，所述第二空穴传层包含本申请的含氮化合物。
按照一种实施方式，电子元件为有机电致发光器件。如图1所示，有机电致发光器件可以包括依次层叠设置的阳极100、空穴传输层320、作为能量转化层的有机发光层330、电子传输层340和阴极200，其中，空穴传输层320包括第一空穴传输层321和第二空穴传输层322。
可选地，本申请提供的含氮化合物可应用于有机电致发光器件的第二空穴传输层322，以提高有机电致发光器件的寿命，同时兼具较高的发光效率和较低的工作电压。
可选地，第一空穴传输层321可以包括一种或者多种空穴传输材料，空穴传输材料可以选自咔唑多聚体、咔唑连接三芳胺类化合物或者其它类型的化合物，本申请对此不做特殊的限定。例如，第一空穴传输层321由VNPB或NPAPF组成。
本申请中，阳极100包括阳极材料，其优选是有助于空穴注入至功能层中的具有大逸出功(功函数，workfunction)材料。阳极材料的具体实例包括但不限于：金属如镍、铂、钒、铬、铜、锌和金或它们的合金；金属氧化物如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；组合的金属和氧化物如ZnO:Al或SnO2:Sb；或导电聚合物如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亚乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDT)、聚吡咯和聚苯胺。优选包括包含氧化铟锡(铟锡氧化物，indiumtinoxide)(ITO)作为阳极的透明电极。
可选地，有机发光层330可以由单一发光材料组成，也可以包括主体材料和客体材料。一种具体的实施方式中，有机发光层330由主体材料和客体材料组成，注入有机发光层330的空穴和注入有机发光层330的电子可以在有机发光层330复合而形成激子，激子将能量传递给主体材料，主体材料将能量传递给客体材料，进而使得客体材料能够发光。
有机发光层330的主体材料可以为金属螯合类化合物、双苯乙烯基衍生物、芳香族胺衍生物、二苯并呋喃衍生物或者其他类型的材料，本申请对此不做特殊的限制。例如所述主体材料可以为CBP。有机发光层330的客体材料可以为具有缩合芳基环的化合物或其衍生物、具有杂芳基环的化合物或其衍生物、芳香族胺衍生物或者其他材料，本申请对此不做特殊的限制，例如所述客体材料可以为Ir(MDQ)2(acac)或Ir(dmpq)3。
电子传输层340可以为单层结构，也可以为多层结构，其可以包括一种或者多种电子传输材料，电子传输材料可以选自但不限于，苯并咪唑衍生物、恶二唑衍生物、喹喔啉衍生物或者其他电子传输材料。在本申请的一种实施方式中，电子传输层340可以由BCP和LiQ组成。
本申请中，阴极200可以包括阴极材料，其是有助于电子注入至功能层中的具有小逸出功的材料。阴极材料的具体实例包括但不限于，金属如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅或它们的合金；或多层材料如LiF/Al、Liq/Al、LiO2/Al、LiF/Ca、LiF/Al和BaF2/Ca。优选包括包含镁和银的金属电极作为阴极。
可选地，如图1所示，在阳极100和第一空穴传输层321之间还可以设置有空穴注入层310，以增强向空穴传输层注入空穴的能力。空穴注入层310可以选用联苯胺衍生物、星爆状芳基胺类化合物、酞菁衍生物或者其他材料，本申请对此不做特殊的限制。例如，空穴注入层310的材料可以选自m-MTDATA、HAT-CN、1T-NATA或2T-NATA。
可选地，如图1所示，在阴极200和电子传输层340之间还可以设置有电子注入层350，以增强向电子传输层340注入电子的能力。电子注入层350可以包括有碱金属硫化物、碱金属卤化物、Yb等无机材料，或者可以包括碱金属与有机物的络合物。例如，电子注入层350可以包含LiQ或Yb。
可选地，如图1所示，空穴注入层310、第一空穴传输层321、第二空穴传输层322、有机发光层330、电子传输层340和电子注入层350组成功能层300。
按照另一种实施方式，电子元件为光电转化器件。如图3所示，该光电转化器件可以包括相对设置的阳极100和阴极200，以及设于阳极100和阴极200之间的功能层300；功能层300包含本申请所提供的含氮化合物。
可选地，所述功能层300包括空穴传输层320，所述空穴传输层320包含本申请的含氮化合物。其中，空穴传输层320既可以为本申请所提供的含氮化合物组成，也可以由本申请所提供的含氮化合物和其他材料共同组成。
可选地，如图3所示，光电转化器件可包括依次层叠设置的阳极100、空穴传输层320、光电转化层360、电子传输层340和阴极200。
可选地，光电转化器件可以为太阳能电池，尤其是可以为有机薄膜太阳能电池。举例而言，在本申请的一种实施方式中，太阳能电池可以包括依次层叠设置的阳极、空穴传输层、光电转化层、电子传输层和阴极，其中，空穴传输层包含有本申请的含氮化合物。
第三方面，本申请还提供一种电子装置，该电子装置包括本申请第二方面所述的电子元件。
按照一种实施方式，如图2所示，电子装置为第一电子装置400，包括上述有机电致发光器件。第一电子装置400例如可以为显示装置、照明装置、光通讯装置或者其他类型的电子装置，例如可以包括但不限于电脑屏幕、手机屏幕、电视机、电子纸、应急照明灯、光模块等。
按照另一种实施方式，如图4所示，电子装置为第二电子装置500，包括上述光电转化器件。第二电子装置500可以为太阳能发电设备、光检测器、指纹识别设备、光模块、CCD相机或则其他类型的电子装置。
下面结合实施例对本申请做进一步说明。
中间体(IMX-Y)的合成路线可以如下：
1、下面以IM2-2为例说明中间体的合成：
(1)将原料sub2-3(30g，129.05mmol)，原料sub1-2(49.14g，154.86mmol)，无水碳酸钾(39.18g)，TBAB(四丁基溴化铵，8.32g)加入到甲苯(400mL)、乙醇(100mL)和水(100mL)的混合溶液中，缓慢升温至50℃，加入四(三苯基磷)钯(1.49g)，升温至回流，16h后反应完全，将反应液降至室温后水洗反应液至中性，后加入硫酸镁干燥，过滤后将滤液减压除去溶剂；使用甲苯/正庚烷体系对粗品进行重结晶，得到固体中间体IM-A1(40.0g，收率82.0％)。
(2)将中间体IM-A1(30g，79.35mmol)加入THF(300mL)中，在氮气保护下将体系降温至-90℃，滴加n-Buli(正丁基锂)的正己烷溶液38.0mL(95.0mmol，2.5M)，50min滴加完毕，保温反应1h后，滴加2-金刚烷酮(11.92g，79.34mmol，40mLTHF)的THF溶液，50min滴加完全，保温反应1h后，自然升温至室温，加入500mL水，用1L二氯甲烷萃取，水洗至中性，之后加入硫酸镁干燥，过滤后将滤液减压除去溶剂；使用正庚烷对粗品进行过柱提纯，得到固体中间体IM-A2(30.5g，收率为85.5％)。
(3)将中间体IM-A2(30g，66.75mmol)加入冰醋酸(180mL)中，氮气保护下，缓慢滴加浓硫酸(98wt％，0.65g)，滴加完成后，有大量固体生成，缓慢升温至65℃，保温反应1h反应完全。将反应液降至室温后过滤，以二氯甲烷溶解后，水洗至中性，之后加入硫酸镁干燥，过滤后将滤液减压除去溶剂；使用二氯甲烷/正庚烷体系对粗品进行重结晶，得到固体中间体IM2-2(24.2g，收率为84.0％)。
2、参照IM2-2的合成方法合成表1的中间体IMX-Y，不同的是，以原料sub1-X代替原料sub1-2，原料sub2-Y代替原料sub2-3，所采用的主要原料和相应合成的中间体的编号、结构、总收率，如表1所示。
表1
合成例1：化合物418的合成：
将中间体IM2-4(18.10g，41.96mmol)，原料sub3-1(18.57g，84.67mmol)，三(二亚苄基丙酮)二钯(0.38g,0.42mmol)，2-二环己基磷-2',6'-二甲氧基联苯(0.34g,0.84mmol)以及叔丁醇钠(16.11g,167.67mmol)加入甲苯(200mL)中，氮气保护下加热至108℃，搅拌1h；而后冷却至室温，反应液使用水洗至中性后加入硫酸镁干燥，过滤后将滤液通过短硅胶柱，减压除去溶剂；使用甲苯/正庚烷体系对粗品进行重结晶提纯，得到固体化合物418(23.3g,69.3％)，质谱m/z＝797.4[M+H]+。化合物418的核磁数据，1HNMR(CD2Cl2,400MHz)：7.81-7.77(m,4H),7.67-7.59(m,3H),7.53-7.48(m,2H),7.42-7.36(m,4H),7.35-7.32(d,1H),7.26-7.23(m,4H),7.04-7.00(m,4H),6.97(s,1H),6.92-6.90(d,1H),6.77-6.74(m,1H),6.67-6.59(m,8H),6.50-6.48(d,1H),2.91(d,2H),2.61(d,2H),2.60(s,1H),1.91(s,3H),1.77(d,2H),1.69(d,2H),1.60(s,2H)。
合成例2-30
参照化合物418的方法合成表2所列的化合物，不同的是，用中间体IMX-Y替换中间体IM2-2，并用原料sub3-Z替换原料sub3-1，所采用的主要原料、合成的化合物及其收率以及质谱表征结果如表2所示。
表2
红色有机电致发光器件的制备
实施例1
通过以下过程制备阳极：将ITO厚度为
的ITO基板(康宁制造)切割成40mm(长)×40mm(宽)×0.7mm(厚)的尺寸，采用光刻工序，将其制备成具有阳极、阴极搭接区域以及绝缘层图案的实验基板，利用紫外臭氧以及O2:N2等离子进行表面处理，以增加阳极(实验基板)的功函数的和清除浮渣。
在实验基板(阳极)上真空蒸镀2T-NATA以形成厚度为
的空穴注入层(HIL)，然后在空穴注入层上蒸镀VNPB，形成厚度为
的第一空穴传输层(HTL1)。
接着在第一空穴传输层上真空蒸镀化合物418，形成厚度为
的第二空穴传输层(HTL2)。
然后在第二空穴传输层上真空蒸镀CBP(主体)同时掺杂Ir(dmpq)3。其中，主体和掺杂剂按照100:3的膜厚比形成厚度为
的有机电致发光层(EML)。
将BCP和LiQ以1:1的重量比进行混合并蒸镀形成厚度为
的电子传输层(ETL)，然后真空蒸镀Yb在电子传输层上以形成厚度为
的电子注入层(EIL)；
接着将镁(Mg)和银(Ag)以1∶9的蒸镀速率混合并真空蒸镀在电子注入层上，形成厚度为
的阴极。
此外，在上述阴极上作为蒸镀了厚度为
的CP-1，形成覆盖层(CPL)，从而完成有机发光器件的制造。
其中，制备器件的主要材料的结构式如下：
实施例2～30
除了在形成第二空穴传输层(HTL2)时各自使用表3中列举的合成例的化合物替代化合物418以外，利用与实施例1相同的方法制作有机电致发光器件。
比较例1～4
除了在形成第二空穴传输层(HTL2)时分别使用化合物A、化合物B、化合物C以及化合物D替代化合物418之外，利用与实施例1相同的方法制造有机电致发光器件。
其中，化合物A、化合物B、化合物C和化合物D的结构式如下：
对上述实施例和比较例的有机电致发光器件的性能(IVL和寿命)进行分析，结果如下表所示。其中，驱动电压、发光效率、外量子效率、色坐标是在恒定电流密度10mA/cm2下进行测试，T95器件寿命在恒定电流密度20mA/cm2下进行测试，结果如表3所示。
表3有机电致发光器件性能
结合表5所示的结果，相较于比较例1～4，实施例1～30制备得到的有机电致发光器件的使用寿命至少提高了9.3％，并且也同时兼具较低的工作电压和较高的发光效率。
由此可见，本申请的化合物应用于有机电致发光器件时，在兼具较高发光效率和较低工作电压的情况下，能够有效提升有机电致发光器件的寿命。
Claims (10)
1.一种含氮化合物，其特征在于，所述含氮化合物的结构如式1所示：
其中，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4彼此相同或不同，各自独立地选自：碳原子数为6～30的取代或未取代的芳基、碳原子数为3～30的取代或未取代的杂芳基；
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基彼此相同或不同，且各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；任选地，任意两个相邻的取代基形成环；
R1、R2和R3彼此相同或不同，且各自独立地选自：氘、卤素基团、氰基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为3～18的杂芳基、碳原子数为3～12的三烷基硅基、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为3～10的环烷基；
n1表示R1的个数，且n1选自0、1、2或3；当n1大于1时，任意两个R1相同或者不同；
n2表示R2的个数，且n2选自0、1、2或3；当n2大于1时，任意两个R2相同或者不同；
n3表示R3的个数，且n3选自0、1、2、3或4；当n3大于1时，任意两个R3相同或者不同。
2.根据权利要求1所述的含氮化合物，其特征在于，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自：碳原子数为6～25的取代或未取代的芳基、碳原子数为5～20的取代或未取代的杂芳基；
优选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基各自独立地选自：氘、氟、氰基、碳原子数为6～12的芳基、碳原子数为5～12的杂芳基、碳原子数为3～7的三烷基硅基、碳原子数为1～4的烷基、碳原子数为1～4的氟代烷基、碳原子数为5～10的环烷基；任选地，任意两个相邻的取代基形成5～15元的饱和或不饱和环。
3.根据权利要求1所述的含氮化合物，其特征在于，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的喹啉基、取代或未取代的异喹啉基、取代或未取代的二苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的咔唑基；
优选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4中的取代基各自独立地选自氘、氟、氰基、苯基、萘基、吡啶基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、三甲基硅基、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、三氟甲基、环己基、环戊基；任选地，任意两个相邻的取代基形成芴环、环己烷或环戊烷。
4.根据权利要求1所述的含氮化合物，其特征在于，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4各自独立地选自取代或未取代的基团Z；其中，未取代的基团Z选自如下基团所组成的组：
取代的基团Z中具有一个或两个以上的取代基，取代基各自独立地选自氘、氰基、氟、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、环戊基、环己基、三甲基硅基、吡啶基、苯基、萘基；当取代基的个数大于1时，取代基相同或不同，任选地，任意两个相邻的取代基形成芴环、环己烷或环戊烷；
优选地，Ar1、Ar2、Ar3、Ar4各自独立地选自如下基团所组成的组：
5.根据权利要求1所述的含氮化合物，其特征在于，R1、R2、R3各自独立地选自：氘、氟、氰基、碳原子数为1～4的烷基、碳原子数为5～10的环烷基、碳原子数为3～7的三烷基硅基、碳原子数为6～15的芳基、碳原子数为5～12的杂芳基。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的含氮化合物，其特征在于，所述含氮化合物的结构如式1-1所示：
7.根据权利要求1所述的含氮化合物，其特征在于，所述含氮化合物选自如下化合物所组成的组：
8.一种电子元件，其特征在于，包括相对设置的阳极和阴极，以及设于所述阳极和所述阴极之间的功能层；所述功能层包含权利要求1～7任一项所述的含氮化合物；
优选地，所述电子元件为有机电致发光器件或光电转化器件。
9.根据权利要求8所述的电子元件，其特征在于，所述功能层包括空穴传输层，所述空穴传输层包含所述含氮化合物；
优选地，所述空穴传输层包括层叠设置第一空穴传输层和第二空穴传输层，且相对于所述第二空穴传输层，所述第一空穴传输层更靠近所述阳极，其中，所述第二空穴传层包含所述含氮化合物。
10.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求8或9所述的电子元件。
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