CN1199949C - 高纯8－羟基喹啉铝类化合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
高纯8-羟基喹啉铝类化合物及其制备方法与应用，属于有机电致发光材料和器件技术领域。高纯8-羟基喹啉铝类化合物是利用LiAlH4和含活性氢的化合物在室温下反应获得的，制备方法包括在惰性气氛保护下，将8-羟基喹啉或2-甲基-8-羟基喹啉溶入有机溶剂中，使其完全溶解后，将化学计量比的LiAlH4加入到上述溶液中，反应结束将溶液过滤，所得固体经提纯干燥。本发明的高纯8-羟基喹啉铝类化合物用于电致发光器件的电子输送层和发光层，单色、多色、彩色或白色发光器件，或红色发光器件及磷光器件的基底材料。
Description
(一)技术领域
本发明涉及高纯8-羟基喹啉铝类配合物的制备方法，具体涉及利用有机溶剂中液相化学反应方法在室温下高产率制备8-羟基喹啉铝类化合物的方法，属于有机电致发光材料和器件技术领域。
(二)背景技术
8-羟基喹啉铝由于具有很高的热稳定性、良好的化学稳定性、优异的电子传输性能和发光性能是目前最广泛用于电致发光器件的材料，有关报道见邓青云；范.史莱克，应用物理快报，1987，51，913.(Tang，C.W.；Van Slyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，51，913)M.布里克曼，等.美国化学会誌，2000，122，5147.(Brinkmann，M.，et al.J.Am.Chem..Soc.2000，122，5147).但目前所使用的8-羟基喹啉铝是由8-羟基喹啉和铝盐在碱性条件下反应得到的，并自1883年起沿用至今。窦北讷，米勒，德国化学，1883，16，1664(Doebner，O，Miller，W.V.Chem.Ber.1883，16，1664；Doebner，O，Miller，W.V.Chem.Ber.1883，16，2464)。然而，这种反应时间长，产率低，产物纯度低，需经多步提纯，因而价格昂贵。
(三)发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高纯8-羟基喹啉铝类化合物及其高产率制备高纯8-羟基喹啉铝类化合物的方法，低成本大批量地制备高纯度用于电致发光器件的明星材料8-羟基喹啉铝。
本发明的高纯8-羟基喹啉铝类化合物是利用LiAlH4和含活性氢的化合物在室温下反应获得的，该方法可同时制备8-羟基喹啉铝类化合物和8-羟基喹啉锂。
化学反应式如下：
上述反应式中，取代基R1-R6为H，C1-C20的烷基，或环烷基，卤素，含N，O，S等杂原子基团等。
本发明8-羟基喹啉铝类化合物的制备方法包括如下步骤：
1.有机溶剂的准备
有机溶剂选自醇类、芳香族、烷烃、吡啶类、醚类、酯类或酮类之一，要求有较高的沸点和较好的化学稳定性，将要使用的有机溶剂蒸馏，加入活泼的碱金属或碱土金属片除氧除水，在惰性气氛下保存待用。须注意选取的除水除氧剂不能与有机溶剂自身起反应。
2.在惰性气氛保护下，将8-羟基喹啉或2-甲基-8-羟基喹啉溶入有机溶剂中，边溶解边快速搅拌，使其完全溶解后得到浓度为0.01-10摩尔/升的溶液。
3.在持续搅拌情况下，将化学计量比的LiAlH4加入到上述溶液中。反应瞬间发生，溶液开始变黄，并有气体放出。随着反应的进行，溶液中有固体析出，1～10分钟，反应结束。
4.将溶液过滤，所得固体经提纯干燥后，经化学分析，确定是8-羟基喹啉铝或2-甲基-8-羟基喹啉铝。
需要注意的是，由于反应剧烈，LiAlH4加入的速度不能太快，小部份缓慢地加入为宜。
本发明所得材料用于①电致发光器件的电子输送层和发光层，②单色、多色、彩色或白色发光器件，③红色发光器件及磷光器件的基底材料。
所述发光器件作为平面显示器在仪器仪表，电视，手表，计算机屏幕，道路标识，作业服，安全标识，照明等领域的应用。
本发明所得材料用于双层有机电致发光器件详述如下：
双层有机电致发光器件组成如图1所示，1层是玻璃基板，在玻璃上是ITO阳极(2层)，3是空穴输送层，4是Alq3层作于电子输送和发光层，5层是阴极。3和4层是有机层，所以叫双层有机电致发光器件。器件制备过程分以下几个步骤：首先是带ITO层基板的清洗。先用洗涤剂除去ITO基板上可能存在的油膜和不纯物，再在去离子水中用超声波洗30分钟，用氮气吹干后，再在异丙醇中超声波洗30分钟，用氮气吹干后备用。空穴输送层用真空蒸发法或旋转涂膜法制备，在空穴输送层上用真空蒸发法蒸上发光层和金属阴极。
LiAlH4是一广泛用于有机及无机化学的强还原剂，与许多含活性氢的化合物激烈反应。LiAlH4和8-羟基喹啉反应在室温下就可瞬间完成，所得产物是8-羟基喹啉铝，8-羟基喹啉锂，和氢气。不产生任何污染物，是一环保化学反应。反应产率高，产物易提纯，所需设备简单，易于大量生产，可以大幅度降低成本。
本发明方法的显著特征就在于反应过程是在室温条件下完成的，不需任何催化剂，所得产物均为有用物质，不产生任何废品，易于实现低成本大批量制备，且产率高，不污染环境。
利用LiAlH4和8-羟基喹啉类含活性氢物质反应，在室温下不用任何催化剂，快速高产率制备了目前最广泛地用于有机电致发光器件的8-羟基喹啉铝及其类似化合物。利用这一方法大幅度提高了8-羟基喹啉铝类化合物的产率，减化了合成和提纯步骤，提高了产品纯度。
本发明研究了在不同溶剂中结晶的8-羟基喹啉铝的晶体结构。结果表明包含不同溶剂的结晶8-羟基喹啉铝(Alq3.CH3CH2OH，Alq3.CH3OH，Alq3.0.5CH3COCH3)同属单斜晶系，P21/n空间群，首次确定了8-羟基喹啉铝.乙醇(Alq3.CH3CH2OH)的单晶结构其晶胞参数为a＝11.214(9)，b＝13.272(5)，c＝16.726(3)，＝93.94(3)°V＝2483.5300。
本发明还研究了用8-羟基喹啉铝作为电子传输和发光层时双层有机电致发光器件的性能，并和现有产品进行了比较。结果表明，用这一方法制备的8-羟基喹啉铝具有比现有产品更高的纯度，其器件发光效率和发光辉度都得到了提高。在12伏的驱动电压下，双层器件ITO/PVK∶TPD(1∶1)/Alq3/Mg发光辉度达到了22000cd/m2。而在同样条件下，用现有Alq3制备的双层器件的发光辉度仅达15000cd/m2。
本方法制备的Alq3类不仅可以作为电子输送和发光材料，还可用于红色发光及磷光材料的基质材料，在单色，多色，彩色，及白色平面显示及照明。因而是有机电致发光器件的理想材料。通过使用该方法，不仅将极大地降低8-羟基喹啉铝及电致发光平面显示器件的生产成本，而且可以降低通常方法生产8-羟基喹啉铝时对环境的污染。本发明制备的材料可广泛应用与仪器仪表显示，手机屏幕，手表显示，计算机，电视及照明等。
(四)附图说明
图1是双层电致发光器件(ITO/PVK:TPD/Alq3/Mg:Ag)结构示意图，其中1是基板，2是ITO阳极，3是空穴传输层，4是电子传输，5是阴极。
图2是Alq3.EtOH的晶体结构。
图3是双层器件的电流-电压曲线。其中(■)发光层用本发明制备的Alq3；(▲)发光层用商品化的Alq3。
图4是双层器件的辉度-电压曲线。其中(■)发光层用本发明制备的Alq3；(▲)发光层用商品化的Alq3。
(五)具体实施方式
实施例1：乙醇中8-羟基喹啉铝(Alq3)的制备
以乙醇作溶剂，合成8-羟基喹啉铝的总反应是：
具体操作如下：在N2保护下，将分析纯的8-羟基喹啉溶于除氧除水后的乙醇中，溶液中8-羟基喹啉浓度0.5摩尔/升，然后将氢化铝锂分批加入溶有8-羟基喹啉的溶液中。在氢化铝锂加入的同时，可以看到有气泡从反应容器中溢出，反应溶液变黄。随着反应的进行，有黄色荧光性固体沉淀出来。待氢化铝锂全部加入后，继续搅拌10分钟。抽滤，固体收集后，经索氏提取器提纯后，可定量得到产物。图2是Alq3.EtOH的晶体结构。其晶胞参数为a＝11.214(9)，b＝13.272(5)，c＝16.726(3)，＝93.94(3)°V＝2483.5300
实施例2：双层电致发光器件
按实施例1制备的8-羟基喹啉铝，加工成的双层电致发光器件，结构如图1，性能如图3和图4。其中，阳极为ITO玻璃，空穴传输层为TPD掺杂PVK，电子传输层为Alq3，阴极为Mg:Ag。按Alq3的不同来源，器件分别表示为系列1(本实施例制备Alq3)和系列2(商品化Alq3)。图3和图4分别是这两系列器件的电流-电压和辉度-电压曲线。从图中可以看出用本方法制备的Alq3作为电子输送层和发光层时，器件的发光效率比用商品化Alq3器件的发光效率高，表明本方法制备的Alq3具有较好的性能。
实施例3：乙醇中2-甲基-8-羟基喹啉铝的制备
如实施例1所述，所不同的是用2-甲基-8-羟基喹啉代替了8-羟基喹啉。
实施例4：甲醇中8-羟基喹啉铝的制备
如实施例1所述，所不同的是所用有机溶剂是甲醇。
实施例5：CH3COCH3中8-羟基喹啉铝的制备
如实施例1所述，所不同的是所用有机溶剂是CH3COCH3。
实施例6：在乙醚中8-羟基喹啉铝的制备
如实施例1所述，所不同的是所用有机溶剂是乙醚。
实施例7：在甲苯中8-羟基喹啉铝的制备
如实施例1所述，所不同的是所用有机溶剂是甲苯。
实施例8：在乙酸乙酯中8-羟基喹啉铝的制备
如实施例1所述，所不同的是所用有机溶剂是乙酸乙酯。
Claims (2)
1.高纯8-羟基喹啉铝类化合物的制备方法，其特征在于，是以LiAlH4为原料在室温下反应，化学反应式如下：
上述化学反应式中，取代基R1-R6为C1-C20的烷基，或环烷基，卤素。
2.如权利要求1所述的高纯8-羟基喹啉铝类化合物的制备方法，其特征在于，其中8-羟基喹啉铝或2-甲基-8-羟基喹啉铝的制备包括如下步骤：
(1)有机溶剂的准备
有机溶剂选自醇类、芳香族、烷烃、吡啶类、醚类、酯类或酮类之一，将有机溶剂蒸馏，加入活泼的碱金属或碱土金属片除氧除水，在惰性气氛下保存待用；
(2)在惰性气氛保护下，将8-羟基喹啉或2-甲基-8-羟基喹啉溶入有机溶剂中，边溶解边快速搅拌，使其完全溶解后得到浓度为0.01-10摩尔/升的溶液；
(3)在持续搅拌情况下，将化学计量比的LiAlH4加入到上述溶液中，溶液中有固体析出，1～10分钟内，反应结束；
(4)将溶液过滤，所得固体提纯干燥，得产物8-羟基喹啉铝或2-甲基-8-羟基喹啉铝。
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