基于叔丁基咔唑的吡啶砜类热激活延迟荧光材料的合成及性能开题报告

1. 研究目的与意义

有机电致发光二极管【oled】在全彩色平板显示和固态照明领域具有广泛的应用而倍受关注，在电场激发下单重态激子与三重态激子的比值为1:3传统的荧光材料只能利用单重态激子发光,内部量子效率[iqe]最高为25%, 热活性型延迟荧光[tadf] 材料可将三重态激子反系间跨越到单重态能级而发出延迟荧光,理论上内部量子效率可达100%。目前, 对oled的研究已经取得了显著进展。 基于荧光发射材料的第1代oled仅仅利用了单重态激子发光, 其内量子效率(iqe)只有25%。第2代oled基于贵金属包含的磷光发射材料, 通过贵金属与其配体间的自旋轨道耦合(soc)综合利用了单重态(25%)和三重态(75%)激子, iqe可达100%. 然而, 磷光发射材料仍存在如下问题: (1) ir(iii), pt(ii)和os(ii)等金属价格高昂; (2) 基于磷光发射的oled在高电流下会出现效率滚降现象; (3) 高效且稳定的深蓝磷光基oled的制备难度仍然较大[2]。近10年来, 为了避免使用贵金属, 人们尝试各种方法提高荧光oled的单重态激子产率, 比如三重态-三重态湮灭(tta)[3]、通过卡莎规则调谐自旋轨道耦合,局域电荷转移杂化激发态(hlct)、 热 激 活 延 迟荧 光 [tadf]。其 中 , tadf被广泛关注, 成为该领域最近的研究热点。近年来, 研究发现砜基能增强荧光, 含砜基的材料引起人们的广泛兴趣。 一些含砜基的材料作为主体材料、电子传输材料或荧光材料用于制作高效有机发光二极管, 用于制作不含贵金属的高效oled.热活性延迟荧光(tadf)材料具有小的单重态-三重态能级差, 因此三重态激子可以通过反向系间窜越(risc)转变成单重态激子发光。该类材料能够充分利用电激发下形成的单重态激子和三重态激子, 使其器件的内量子效率理论上可以达到100%, 媲美磷光材料, 远远高于传统荧光材料的25%, 成为继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第3代有机发光材料, 近年来受到广泛关注.结合tadf的机理和材料设计的基本原则, 综述了近年来国内外学者在tadf材料的设计合成及其在有机发光二极管(oled)上应用的研究进展, 重点介绍了绿光、蓝光、红光、黄光、白光tadf材料的合成与性能. 高效的tadf材料经过缜密设计、精确制备和系统研发, 将会陆续进入实际应用并在照明和显示领域发挥重要作用。

2. 研究内容和预期目标

在oled的制备和优化中，发光材料的选择至关重要，其性质是决定器件性能的重要因素之一。在红绿蓝三基色中，绿光oled的发光效率最好，蓝光相对较差，红光器件的性能比较落后。但随着对红光材料和器件的不断深入研究，其种类和数量都得到了很大发展，红光器件的效率也有显著提高。但蓝光材料由于其短波段，宽光谱带隙等因素在数量和品质上，都存在很多不足。本次毕业设计主要研究基于叔丁基咔唑的吡啶砜类热激活延迟荧光材料的合成及性能。作为一种重要的给电子基团，咔唑具有刚性的结构、较高的热稳定性、高的三线态能级和优良的空穴传输能力，利用咔唑的以上特性，以其为电子给体基团，通过改变电子受体基团结构或电子给体基团的共轭程度，合成新型热活化型延迟荧光蓝光材料，并研究分子的构效关系。

目标: （1）通过引入咔唑树枝单元，改变电子给体的共轭程度，调控分子 Δest，尝试非掺杂型器件：合成了基于双苯砜为核心受体单元的咔唑树枝状分子 4,4'-对（3,6-二叔丁基咔唑）二苯基砜(g1)，4,4'-对-3,6-二(3,6-二叔丁基咔唑)咔唑二苯基砜(g2)，4,4'-对

3,6-二（3,6-二（3,6-二叔丁基咔唑）咔唑）咔唑二苯基砜(g3)。

3. 研究的方法与步骤

(1)在oled的应用中表征实验合成的延迟荧光材料txo-tpa和txo—phcz。通过空白对比实验，来选择合适的空穴注入层、发光层的厚度以及发光层的掺杂比例。

(2)选择txo．tpa作为客体，tcta为主体采用溶液法制备一款具有高性能的延迟荧光器件。通过制备器件和电子传输型器件来系统分析和考察电子传输材料的三线态能级、载流子迁移率以及homo／lumo能级对器件性能的影响。

(3)不同于表征txo—phcz时用空穴传输材料mcp作为主体，而选用电子传输材料tpbi作为主体，制备器件。通过测试发光层的光物理性能，来分析器件性能提高或者降低的原因。再结合理论高斯分布模拟，分析主客体问相互作用的形式。最终提出适合于延迟荧光材料主体选择的通用方法。

4. 参考文献

[1] reineke s, thomschke m, lüssem b, et al. white organic light-emitting diodes: status and perspective[j]. reviews of modern physics, 2013, 85(3): 1245.

[2]d'andrade b w, forrest s r. white organic light‐emitting devices for solid‐state lighting[j]. advanced materials, 2004, 16(18): 1585-1595.

5. 计划与进度安排

（1）2022-3-5～2022-3-16，收集及查阅资料，掌握本课题国内外最新研究现状、存在的问题，完成课题开题报告。

（2）2022-3-19～2022-4-13，在查阅文献资料的基础上，确定研究路线和实验方案,准备实验药品和实验仪器。

（3）2022-4-16～2022-6-8，完成合成实验、性能测试及结构表征。