中位修饰卟啉化合物的合成及其电致发光性能的研究

论文摘要

新型红色有机电致发光材料的研究和开发对有机发光器件的全彩色平板显示具有重要意义。卟啉化合物由于其独特的发光性能是一种理想的红色掺杂染料,目前虽然卟啉掺杂的红色发光器件在发光色纯度方面具有很好的应用前景,但还存在其制备的器件发光效率和发光亮度都较低等问题。本文通过增大卟啉分子的共轭结构或将具有高荧光量子产率的基团（苯并唑或香豆素）连接到卟吩环的中位得到了四类共20个新型的卟啉化合物,并选取其中10个化合物制备有机发光器件来考察材料的电致发光性能,具体内容包括以下几个部分:设计合成了3个中位直接被三芳胺取代的卟啉化合物4a-c和3个通过苯乙烯连接的卟吩-三芳胺共轭体10a-c,通过核磁氢谱、质谱、紫外吸收光谱和荧光发射光谱表征了新化合物的结构。经紫外吸收光谱和荧光发射光谱研究表明在化合物4a-c和10a-c分子中三芳胺基团与卟吩母体之间有很好的能量传递,使得三芳胺基团吸收的能量通过卟啉发色团发射出去。采用具有强烈荧光的反式二苯乙烯及其衍生物修饰卟吩的中位,合成了6个卟啉化合物26a-f,并通过核磁氢谱、质谱、紫外吸收光谱和荧光发射光谱表征了它们的结构。由于共轭程度的增加,化合物的紫外吸收光谱和荧光发射波长较四苯基卟啉（TPP）有10 nm左右的红移。将苯并唑类基团（苯并咪唑、苯并噁唑和苯并噻唑）引入到卟吩中位,得到5个新型卟啉36a-e衍生物,并经核磁氢谱、质谱、紫外吸收光谱和荧光发射光谱表征了化合物的结构。由于N、O和S杂原子的引入降低了卟啉衍生物的摩尔消光系数,因而紫外吸收较弱,但化合物36a-e荧光发射能力增强。将强荧光母体香豆素引入到卟吩的中位得到3个荧光染料44、45和46,并通过核磁氢谱、质谱、紫外吸收光谱和荧光发射光谱表征了新化合物的结构。由于香豆素取代卟啉分子中较大的空间位阻和环内C=O的存在,导致化合物44、45和46的最大荧光发射峰出现在710 nm附近,而在650 nm左右有一个弱的肩带,这与一般卟啉化合物的荧光发射光谱刚好相反。以卟啉26f为例详细研究了分别掺杂在电子传输材料8-羟基喹啉铝（Alq3）和空穴传输材料N,N′-二苯基-N,N′-二（3-甲基苯基）-1,1′-联苯-4,4′-二胺（TPD）中以及不同掺杂浓度下的电致发光性能。Alq3用作主体材料制备的器件在发光亮度和发光效率方面比掺杂在TPD中制备的器件性能好,但TPD用作主体材料制备的器件具有很高的色纯度。当26f在TPD中以摩尔分数1.5%掺杂时制备的器件发射出红光,最大亮度和外量子效率分别为73 cd/m2和0.0365。在相同条件下制备了其余9个化合物在TPD中的掺杂器件,并比较了在相同器件制备条件下不同系列卟啉化合物的电致发光性能。其中由化合物46掺杂制备的器件有最好的发光性能,其最大发光亮度和外量子效率分别为102 cd/m2和0.0408,此时发射光的色坐标为x=0.5703,y=0.3217。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 卟啉的定义及其性质
• 1.2 卟啉化合物的合成方法
• 1.2.1 Adler-Longo 合成法
• 1.2.2 Lindsey 合成法
• 1.2.3 2-取代吡咯四聚法
• 1.2.4 “2+2”合成法
• 1.2.5 “3+1”合成法
• 1.2.6 线性四吡咯环合法
• 1.3 卟啉化合物在光电材料方面的应用
• 1.3.1 卟啉化合物在有机太阳能电池中的应用
• 1.3.2 卟啉作为非线性光学材料的应用
• 1.3.3 卟啉化合物在分子光电器件中的应用
• 1.3.4 卟啉在有机电致发光材料中的应用
• 1.4 本课题的提出、工作内容及创新点
• 1.4.1 中位三芳胺修饰卟啉化合物的合成
• 1.4.2 中位二苯乙烯修饰卟啉化合物的合成
• 1.4.3 中位苯并唑类修饰卟啉化合物的合成
• 1.4.4 中位香豆素修饰卟啉化合物的合成
• 1.4.5 卟啉化合物的发光性能测试
• 1.4.6 本论文的创新点
• 第二章 中位三芳胺修饰卟啉化合物的合成与表征
• 引言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 2.1.2 中位三芳胺直接修饰卟啉化合物的合成
• 2.1.3 苯乙烯相连的三芳胺-卟吩共轭体的合成
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 三苯胺及其衍生物的醛基化
• 2.2.2 中位三芳胺直接修饰卟啉化合物的合成
• 2.2.3 对氯苯甲醛（6）的合成及表征
• 2.2.4 Trans-4-[2-（4-二苯氨基苯基）乙烯基]苯甲醛（9a）的合成
• 2.2.5 化合物3 与9 的表征
• 2.2.6 卟啉化合物4a-c 和10a-c 的表征
• 2.2.7 紫外-可见吸收光谱分析
• 2.2.8 荧光发射光谱分析
• 2.3 小结
• 第三章 中位二苯乙烯修饰卟啉化合物的合成与表征
• 引言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 3.1.2 4-（2-苯基乙烯基）苯甲醛（25a）的合成
• 3.1.3 1-萘甲醛的合成
• 3.1.4 4-芳乙烯基苯甲醛（25）的合成
• 3.1.5 卟啉化合物（26）的合成
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 4-芳乙烯基苯甲醛的合成
• 3.2.2 4-芳乙烯基苯甲醛（25）的表征
• 3.2.3 卟啉化合物26的合成及表征
• 3.3 小结
• 第四章 中位苯并唑类修饰卟啉化合物的合成及表征
• 引言
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 4.1.2 2-甲基苯并咪唑和2-甲基苯并噁唑的合成
• 4.1.3 Trans-4-[2-（苯并咪唑-2-取代）乙烯基]苯甲醛的合成
• 4.1.4 Trans-4-[2-（N-甲基苯并咪唑-2-取代）乙烯基]苯甲醛的合成
• 4.1.5 Trans-4-[2-（N-苄基苯并咪唑-2-取代）乙烯基]苯甲醛的合成
• 4.1.6 中位苯并唑类修饰卟啉化合物（36）的合成
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 Trans-4-[2-（苯并唑-2-取代）乙烯基]苯甲醛的合成及表征
• 4.2.2 卟啉化合物36 的表征及光谱性能分析
• 4.3 小结
• 第五章 中位香豆素修饰卟啉化合物的合成及表征
• 引言
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要原料、试剂及实验仪器
• 5.1.2 6-甲基-4-醛基香豆素的合成
• 5.1.3 7-甲氧基-4-醛基香豆素的合成
• 5.1.4 4-醛基苯并香豆素的合成
• 5.1.5 中位香豆素取代卟啉的合成
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 香豆素化合物的合成
• 5.2.2 4-醛基香豆素化合物的合成
• 5.2.3 4-[2-（香豆素-4-取代）乙烯基]苯甲醛的合成
• 5.2.4 中位香豆素修饰卟啉化合物的合成及表征
• 5.3 小结
• 第六章 有机电致发光器件的制备及性能测试
• 引言
• 6.1 有机电致发光器件的制备及测量
• 6.1.1 有机电致发光器件的制备工艺
• 6.1.2 有机电致发光器件的光电性能测量
• 6.2 卟啉掺杂器件电致发光性能的研究
• 3的电致发光性能研究'>6.2.1 卟啉26f掺杂Alq₃的电致发光性能研究
• 6.2.2 卟啉26f 掺杂TPD 的电致发光性能研究
• 6.2.3 卟啉461、0a 和106 掺杂TPD 的电致发光性能研究
• 6.2.4 卟啉256、25c 和25d 掺杂TPD 的电致发光性能研究
• 6.2.5 卟啉444、5 和46 掺杂TPD 的电致发光性能研究
• 6.3 小结
• 6.4 存在的问题及今后努力方向
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢