2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物的合成及光物理研究

论文摘要

有机电致发光器件（OLED）由于自发射、响应快、亮度高、柔性可卷曲等优点,可用于制作新一代大面积平板显示器和半导体固体照明光源。用于OLED中的有机电子传输材料的电子迁移率普遍要比空穴传输材料的空穴迁移率低导致载流子传输不平衡,这已经是OLED研究领域的瓶颈问题。在现有的电子传输材料中,2-（2’-羟苯基）苯并噻唑锌（Ⅱ）（即Zn（BTZ）2）是一种性能优良的电子传输材料,其电子迁移率能与目前广泛使用的电子传输材料8-羟基喹啉铝（Alq3）相媲美,但是它的LUMO能级高度与相邻的有机功能层以及金属阴极不能完好匹配,因而电子注入效率受到限制。本论文针对2-（2’-羟苯基）苯并噻唑锌（Ⅱ）作为电子传输材料时存在的问题,以提高电子迁移率和改善能级高度为目的,在羟基的间位和对位分别引入具有不同吸电子能力和不同供电子能力的取代基,设计合成了一系列2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物,并以此为配体合成了相应的锌（Ⅱ）配合物,以期通过引入取代基适当调节配体和配合物分子的电子状态,从而影响锌（Ⅱ）配合物的发光性质、前线能级高度、电子迁移率等参数,最终获得性能优良的新型电子传输材料。所合成的2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物都经过重结晶、柱层析等方法分离提纯,并通过氢核磁共振谱和质谱等手段证明了化学结构,所合成的2-（2’-羟苯基）苯并噻唑锌（Ⅱ）配合物在常规有机溶剂中溶解性有限,故经过真空梯度升华技术进行提纯,通过元素分析验证了化学结构和纯度。2-（2’-羟苯基）苯并噻唑锌（Ⅱ）配合物作为电子传输材料的器件研究工作尚在进行中。2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物存在分子内氢键,是能够发生激发态分子内质子转移（ESIPT）现象的典型物质。本论文利用紫外可见吸收光谱及荧光光谱对所得的2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物的ESIPT现象进行了研究,总结了取代基电子效应、取代基位置、以及溶剂极性效应对ESIPT过程和光谱行为的影响规律：极性溶剂抑制ESIPT过程而有助于分子的短波区正常荧光发射,吸电子基促进ESIPT过程而有助于其互变异构体的长波区荧光发射。同时我们重点研究了含有强吸电子取代基例如CF3、CN等的2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物在质子溶剂中特有的三荧光现象,即强吸电子基同时促进酚羟基与相邻芳环的分子内氢键和酚羟基在质子溶剂中的解离以及ESIPT过程,使得该物质的单分子、酚氧负离子、ESIPT产物酮三者同时发光。据我们所知,具有三荧光现象的有机分子非常稀少,而本论文中结构如此简单的2-（2’-羟苯基）苯并噻唑衍生物的三荧光现象有望用于制备白光、分析检测等领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 电致发光概述
• 1.1.1 电致发光定义
• 1.1.2 电致发光分类
• 1.1.3 电致发光发展过程
• 1.2 有机电致发光理论模型
• 1.2.1 能带理论
• 1.2.2 隧穿模型
• 1.2.3 氧化还原原理
• 1.3 有机电致发光器件的发光原理
• 1.4 有机电致发光器件结构
• 1.4.1 单层器件结构
• 1.4.2 双层器件结构
• 1.4.3 三层器件结构
• 1.4.4 多层器件结构
• 1.5 有机电致发光材料
• 1.5.1 电极材料
• 1.5.2 有机发光材料
• 1.5.3 有机空穴传输材料
• 1.5.4 有机电子传输材料
• 1.5.5 有机电子传输材料的设计
• 1.6 论文的设计思想
• 2. 实验部分
• 2.1 主要原料和试剂
• 2.2 主要分析仪器
• 2.3 目标化合物的合成路线
• 2.3.1 配体的合成路线
• 2的合成路线'>2.3.2 配合物Zn（R-BTZ）₂的合成路线
• 2.4 目标化合物的合成
• 2.4.1 配体2、5、7、11的合成
• 2.4.2 配体3、8的合成
• 2.4.3 配体4、10的合成
• 2.4.4 配体1、6的合成
• 2.4.5 配体9的合成
• 2的合成'>2.4.6 配合物Zn（R-BTZ）₂的合成
• 3. 结果与讨论
• 3.1 含分子内氢键的ESIPT行为概述
• 3.2 光物理实验
• 3.2.1 化合物1-5的紫外吸收光谱
• 3.2.2 化合物6-10的紫外吸收光谱
• 3.2.3 溶剂极性对化合物1-5的ESIPT和荧光的影响
• 3.2.4 溶剂极性对化合物6-10的ESIPT和荧光的影响
• 3.2.5 不同取代基对化合物ESIPT荧光发射影响
• 3.2.6 分子内与分子间氢键的竞争——在乙醇与二氯甲烷二元体系中
• 结论
• 参考文献
• 附录 部分化合物的结构表征
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢