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含螺环位阻铱(Ⅲ)配合物的共轭结构调控及其电致发光性能研究

任保轶 ,  依建成 ,  钟道昆 ,  赵玉志 ,  郭闰达 ,  盛永刚 ,  孙亚光 ,  解令海 ,  黄维

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引用本文: 任保轶, 依建成, 钟道昆, 赵玉志, 郭闰达, 盛永刚, 孙亚光, 解令海, 黄维. 含螺环位阻铱(Ⅲ)配合物的共轭结构调控及其电致发光性能研究[J]. 化学学报, 2020, 78(1): 56-62. doi: 10.6023/A19110406 shu
Citation:  Ren Bao-Yi, Yi Jian-Cheng, Zhong Dao-Kun, Zhao Yu-Zhi, Guo Run-Da, Sheng Yong-Gang, Sun Ya-Guang, Xie Ling-Hai, Huang Wei. Conjugated Regulation of Phosphorescent Iridium (Ⅲ) Complex Constructed from Spiro Ligand and Its Electroluminescent Performances[J]. Acta Chimica Sinica, 2020, 78(1): 56-62. doi: 10.6023/A19110406 shu

含螺环位阻铱(Ⅲ)配合物的共轭结构调控及其电致发光性能研究

  • a.

    沈阳化工大学 应用化学学院 辽宁省无机分子基化学重点实验室 沈阳 110142

  • b.

    南京邮电大学 江苏省有机电子与信息显示重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地 南京 210023

  • c.

    华中科技大学 武汉光电国家研究中心 武汉 430074

    • 通讯作者: 郭闰达, E-mail: runda_guo@hust.edu.cn; 孙亚光, E-mail: sunyaguang@syuct.edu.cn
  • 基金项目:

    项目受辽宁省高等学校创新人才支持计划（LR2018018）、辽宁省自然科学基金（No.20180550539）、沈阳市科学技术计划项目（No.18-013-0-26）和江苏省有机电子与信息显示重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地开放研究基金资助

摘要: 基于螺[芴-9，9'-氧杂蒽]的位阻结构，在其芴端连接苯并噻唑构成共轭扩展的环金属配体，并成功合成了相应的均配、面式构型铱（Ⅲ）配合物fac-Ir（SFXbtz）3.配合物的最强发射峰位于587 nm，在635 nm处伴有肩峰发射；其在溶液中的磷光寿命为316 ns，光致发光量子产率达到64.7%.以fac-Ir（SFXbtz）3为发射材料，在高掺杂浓度下分别制备了橙光电致发光器件及与蓝光材料FIrpic（双（4，6-二氟苯基吡啶-N，C2）吡啶甲酰合铱）组合的二元白光器件.以CBP（4，4'-二（9-咔唑）联苯）为主体材料的橙光器件最高电流效率和功率效率为10.8 cd·A-1和8.4 lm·W-1，最大亮度为7217 cd·m-2.二元白光器件最高电流效率和功率效率为11.6 cd·A-1和8.0 lm·W-1，最大亮度为8763 cd·m-2，在3~9 V操作电压下CIE1931色坐标稳定.结果表明：协同利用螺环芳烃的共轭结构和位阻结构优势，是获得低成本、本征光电性质良好及可高浓度掺杂的磷光铱（Ⅲ）配合物的便捷方法.

English

  • 1.   引言

    重金属(如:铱、铂、锇和金等)的强自旋轨道耦合(Spin-Orbital Coupling, SOC)效应, 使环金属配合物从第一激发单重态(S1)到第一激发三重态(T1)的系间窜越及辐射跃迁得以快速发生, 因而该类配合物展现出高量子产率的磷光发射性质[1~4].基于此, 利用环金属配合物为发射材料的磷光有机电致发光器件(PhOLED), 能够充分满足高性能、轻质、柔性和大面积制备的商品化需求, 备受学界和产业界关注, 并在新一代信息显示和固态照明领域得以快速发展和应用.

    目前, 环金属铱(Ⅲ)配合物是PhOLED发光层中最为广泛采用的高效磷光掺杂剂.这主要是由于: (1)铱原子序数大, SOC效应强[5]; (2)与配体构成中性分子稳定性好, 尤其是均配物, 利于经蒸镀工艺制备高性能器件[6]; (3)八面体配位结构有效地保护了发光中心, 抑制发光猝灭[7].环金属铱(Ⅲ)配合物的发射光谱、载流子注入/输运能力和分子间相互作用等性质, 主要依赖于有机配体的电子结构及空间结构加以调控.环金属铱(Ⅲ)配合物中使用的主要是碳氮桥联(C^N)单阴离子环金属配体.通过改变C^N配体中芳基/杂芳基骨架、引入推/拉电子基团等方式调控配体共轭体系, 进而修饰环金属铱(Ⅲ)配合物的电子结构, 可以便利地调控其发光颜色[8].以苯基咪唑[9]、苯基吡啶[10]和芴基苯并噻唑[11, 12]、苯基异喹啉[13]等为环金属配体, 相应磷光铱(Ⅲ)配合物的发射光谱覆盖了蓝、绿、黄(橙)和红光波长范围.其中, 黄(橙)光铱(Ⅲ)磷光配合物是全色彩显示和白光PhOLED中的重要发射组分[14]; 尤其是与蓝光材料构成二元白光PhOLED, 具有器件结构简单、制备成本低的优势, 代表了未来固态照明、面光源的发展趋势[15].

    除电子结构影响发光颜色和性能外, 配体的位阻结构同样显著影响到环金属铱(Ⅲ)配合物的电致发光性能.磷光客体分子固相分散于PhOLED发射层中, 配体的位阻结构可以有效地保护铱(Ⅲ)发光中心; 同时, 大的位阻结构能够限制发射分子间过度聚集, 抑制激子的浓度猝灭和三线态-三线态湮灭现象.较早地, 研究者发现在面式构型三(2-苯基吡啶)合铱(Ⅲ) (fac-Ir(ppy)3)的配体上引入松萜骨架作为位阻结构, 能够有效减弱其在PhOLED中的自猝灭效应[16].在基于苯基哒嗪配体的铱(Ⅲ)配合物中, 同时引入二环[2.2.2]辛-2-烯和三氟甲基作为位阻单元, 相应PhOLED在高掺杂浓度下仍然保持较高的外量子效率[17].此外, 利用“树枝状”配体, 不仅能够实现自主体的PhOLED, 并可发挥其超支化位阻功能, 封装和保护铱(Ⅲ)发射中心, 从而缓解器件的发光猝灭现象[18].

    螺环芳烃具有独特的刚性位阻效应, 例如:以螺双芴中正交的两个芴环分别为配位单元和位阻单元, 既扩展了2-苯基吡啶型配体的共轭体系, 又通过位阻结构减弱了相应铱(Ⅲ)配合物间的聚集堆积作用[19].近十年来, 凭借低廉的合成成本和二元共轭特点, 螺[芴-9, 9′-氧杂蒽](SFX)成为又一备受瞩目的螺芳烃骨架[20].基于SFX的蓝光发射材料[21]、磷光铂(Ⅱ)配合物[22]、主体材料[23, 24]、空穴及电子传输材料[25, 26]获得了快速发展.前期, 我们合成了基于SFX的均配、黄光发射(542 nm)铱(Ⅲ)配合物fac-Ir(SFXpy)3, 光物理、电化学性质和PhOLED性能测试结果表明:螺环配体SFXpy具有保护发光中心、抑制浓度猝灭的功能[27].本文中, 将苯并噻唑引入SFX的芴端, 构建了共轭体系扩展的螺环配体SFXbtz(图S1), 并制备了均配、面式构型配合物:三(2-(螺[芴-9, 9′-氧杂蒽]-2-基)苯并[d]噻唑)合铱(Ⅲ) [fac-Ir(SFXbtz)3, 结构如图 1所示].如预期, fac-Ir(SFXbtz)3的主发射峰相对fac-Ir(SFXpy)3红移了40 nm, 位于587 nm处, 并伴有635 nm处的肩峰发射.以fac-Ir(SFXbtz)3为橙光发射材料, 分别制备了单色和二元白光PhOLED.单色器件使用CBP做主体材料, fac-Ir(SFXbtz)3掺杂浓度为ω＝12%, 器件最大电流效率为10.8 cd•A-1, 最大功率效率为8.4 lm•W-1, 最大亮度7217 cd•m-2.与蓝光三(2-(1H-吡唑-1-基)苯基)合铱(FIrpic)构成二元白光PhOLED, 在3~9 V驱动电压下色坐标能够稳定地处于(0.34~0.37, 0.36~0.38)范围内, 器件最大电流效率为11.6 cd•A-1, 最大功率效率为8.0 lm•W-1, 最大亮度8763 cd•m-2.研究结果表明:发挥SFX基配体的螺环位阻优势, 进一步调控配位部分的共轭结构, 可以获得低成本、橙光发射、可高浓度掺杂及适用于二元白光PhOLED的铱(Ⅲ)磷光配合物.

    图 1

    图 1.  磷光分子fac-Ir(SFXbtz)3的结构图
    Figure 1.  The structure of phosphorescent molecule fac-Ir(SFXbtz)3
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    2.   结果与讨论

    2.1   合成

    配合物fac-Ir(SFXbtz)3的制备路线见支持信息部分(Supporting Information, SI, 图S1).配体SFXbtz的合成方法是:首先以2-溴芴酮和苯酚为原料, 一锅法环化反应、乙醇中重结晶纯化, 获得中间体2-BrSFX[20]; 然后, 在相应钯催化剂作用下, 经Miyaura硼化、与2-溴苯并[d]噻唑的Suzuki-Miyaura偶联反应, 得到配体SFXbtz.最终, 在甘油溶剂中, SFXbtz与三(乙酰丙酮根)合铱(Ⅲ)前体进行配体交换, 制得铱(Ⅲ)配合物fac-Ir(SFXbtz)3.配体、配合物的分子结构通过1H NMR、13C NMR和质谱进行了表征(SI, 图S2~S7).从fac-Ir(SFXbtz)3的1H NMR可知, 三个配体上各自对应的氢核是磁等同的, 暗示了配合物的面式构型.热重分析结果显示: fac-Ir(SFXbtz)3的热分解温度为339 ℃ (SI, 图S8), 表明化合物具有良好的热稳定性.另外, 估算fac- Ir(SFXbtz)3中的铱含量为ω＝12%, 相对典型配合物Ir(ppy)3的铱含量(ω＝30%)降低近三分之二.因此, 单纯从合成方法和贵金属含量角度分析, SFX基配体的环金属铱(Ⅲ)配合物制备成本相对较低.在未来实际应用中, 该类材料的升华率若能得到保障, 将进一步提升其商品化价值.

    2.2   晶体结构

    采取己烷向配体、配合物二氯甲烷溶液中扩散的方式, 分别获得了二者的单晶试样, 利用X-射线单晶衍射技术测定了它们的空间几何结构, 从而确认了分子的构型, 并初步了解到分子间的堆积情况.支持信息中表S1列出了配体SFXbtz和配合物fac-Ir(SFXbtz)3的详细晶体学数据.由fac-Ir(SFXbtz)3晶体结构的ORTEP图可见(图 2a), 以铱(Ⅲ)离子为中心, 配合物为八面体空间结构, 呈面式构型.与前期制备的fac-Ir(SFXpy)3比较, 苯并噻唑单元的引入首先有效扩展了配位部分的共轭长度; 此外, fac-Ir(SFXbtz)3中苯并噻唑与芴端扭转角为2.243°, 比fac-Ir(SFXpy)3中吡啶环与芴端的扭转角(2.704°)轻微减小[28], 配位部分的平面性得到一定增强.位阻结构氧杂蒽部分与配位芴端接近正交构象, 这对抑制配合物分子间的聚集作用是有利的, 可起到保护发光中心的作用.进一步观察晶体内分子间堆积情况可知:晶胞内各相邻铱(Ⅲ)中心间距离分别为0.9768 nm、1.3368 nm和1.4453 nm; 分子间最近π-π堆积中心距离为0.3905 nm.由于fac-Ir(SFXbtz)3中配位部分的平面型增强、共轭结构扩展, fac-Ir(SFXbtz)3分子间π-π作用相对fac-Ir(SFXpy)3轻微增大; 但发光中心间距离仍大于普通无位阻结构的Ir(C^N)3型配合物[29].

    图 2

    图 2.  fac-Ir(SFXbtz)3的单晶结构ORTEP图(a)及单晶内分子堆积(b)
    Figure 2.  ORTEP Crystal structure of fac-Ir(SFXbtz)3 (a) and a representation of the crystal packing (b)
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    2.3   光物理性质

    图 3为配合物fac-Ir(SFXbtz)3在二氯甲烷稀溶液中的吸收光谱和发射光谱, 插图为该样品在77 K下的磷光光谱图.对照配体SFXbtz的吸收光谱(SI, 图S9), 图 3中300~370 nm的吸收可归属于配体部分的1(π-π*)跃迁; 而在370~450 nm波长范围内的稍弱吸收带可归属于金属到配体的电荷转移(MLCT)跃迁[30].配合物溶液的吸收边位于570 nm, 据此计算其光学带隙为2.18 eV.配合物溶液样品在室温下的主发射峰位于587 nm, 并在635 nm左右有肩峰发射; 分别对应于配体中心的辐射跃迁和MLCT的辐射跃迁.在77 K刚性玻璃态环境下, 配合物的磷光发射光谱出现轻微的蓝移, 发射峰分别位于581 nm和631 nm; 同时, 两个主发射峰间没有观测到配体中心的3(π-π*)精细振动能级谱线, 推测其磷光发射主要源自3MLCT激发态[8].

    图 3

    图 3.  fac-Ir(SFXbtz)3在二氯甲烷稀溶液中的紫外-可见吸收光谱和发射光谱(插图为样品77 K的磷光发射光谱)
    Figure 3.  The UV-vis and PL spectra of fac-Ir(SFXbtz)3 in dilute solution of CH2Cl2 (inset: the PL spectrum in degassed CH2Cl2 at 77 K)
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    在温度298 K下的脱气二氯甲烷溶液中, 测试fac-Ir(SFXbtz)3的荧光量子产率[PLQY, Φp; 相对于Ir(ppy)3 (PLQY＝40%)]为64.7%, 相应的磷光寿命(τp, SI, 图S10)为316 ns.根据公式Φp＝ΦISC[kr/(kr+knr)] (ΦISC:系间串越系数, 磷光铱(Ⅲ)配合物ΦISC≈1.0; kr和knr分别为辐射跃迁和非辐射跃迁速率常数)和τp＝(kr+knr)-1, 计算得到kr和knr分别为2.05×106 s-1和1.12×106 s-1.

    2.4   电化学性质

    利用循环伏安法测试了fac-Ir(SFXbtz)3在氯仿溶液中的电化学行为, 如图 4所示(插图为内标二茂铁的循环伏安曲线). fac-Ir(SFXbtz)3相对于内标物的起始氧化电位为0.48 V, 据此计算化合物的最高占据分子轨道(HOMO)能级为-5.28 eV; 根据化合物光学带隙2.18 eV, 推算其最低未占据分子轨道(LUMO)能级为-3.10 eV.从前线轨道能级变化分析, 苯并噻二唑基团引入后对LUMO能级的贡献大于HOMO能级, 能级变化趋势与报道的含9, 9-二辛基类似物一致[11].这主要得益于苯并噻二唑的吸电子属性、稠环结构及其与芴环间更好的共平面性. fac-Ir(SFXbtz)3的基本光物理、电化学性质总结列于表 1.

    图 4

    图 4.  fac-Ir(SFXbtz)3在氯仿溶液中测试的循环伏安曲线(插图为内标物二茂铁的循环伏安图)
    Figure 4.  Cyclic voltammogram of fac-Ir(SFXbtz)3 in a chloroform solution (The inset is the curve of internal standard ferrocene)
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    表 1

    表 1  化合物fac-Ir(SFXbtz)3的基本光物理和电化学性质
    Table 1.  The basic photophysical and electrochemical properties of fac-Ir(SFXbtz)3
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    Compounda λmaxabs a/nm λPLa/nm HOMOb/eV LUMOb/eV
    fac-Ir(SFXbtz)3 321, 338, 354, 418, 504 587, 635 sh -5.28 -3.10
    a Measured in CH2Cl2 at 293 K with a concentration of 10-5 mol•L-1, sh: shoulder peak. b 0.1 mol•L-1 [Bu4N]PF6 in CHCl3, scan rate 100 mV•s-1, HOMO＝-e (Eox onset+4.8), LUMO＝HOMO+Eg (optical gap).

    2.5   理论计算分析

    为进一步探究配合物的光物理、电化学性质与前线分子轨道电子分布的关系, 基于fac-Ir(SFXbtz)3的晶体学结构数据, 模拟计算了其HOMO和LUMO轨道的电子云分布.由图 5可知, fac-Ir(SFXbtz)3的HOMO轨道主要分布于配位芴端和苯并噻唑的苯环π轨道及中心铱(Ⅲ)的d轨道; 而LUMO轨道则进一步扩展分布至整个芴环和苯并噻唑的π轨道.值得注意的是, 由于螺原子对共轭结构的阻断作用, 没有前线轨道分布于配体的氧杂蒽部分, 说明氧杂蒽部分对配合物而言为非电活性的单纯位阻结构单元.

    图 5

    图 5.  配合物fac-Ir(SFXbtz)3的HOMO和LUMO轨道电子云分布
    Figure 5.  The calculated HOMO and LUMO orbital plots of the complex
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    2.6   电致发光性能

    为进一步考察fac-Ir(SFXbtz)3的分子结构、本征光电性质与其电致发光性能间的关系, 分别制作了高掺杂浓度的橙光(器件D1)和二元白光PhOLED (器件W1), 测试、分析两类器件的电致发光性能, 并讨论分子结构与器件性能间的关系, 器件基本性能列于表 2.

    表 2

    表 2  器件D1和W1的电致发光性能
    Table 2.  The performance of device D1 and W1
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    Device λmaxEL /
    nm    		 CIE1931 1931 coordinatesa Vturn-on/V Lmax/
    (cd•m-2)    		 CEmax/
    (cd•A-1)    		 PEmax/
    (lm•W-1)
    D1 581 (0.57, 0.42) 3.1 7217 10.8 8.4
    W1 473, 582 (0.33, 0.35) 3.2 8673 11.6 8.0
    a Operating voltage: 5 V.
    2.6.1   橙光PhOLED

    首先, 以fac-Ir(SFXbtz)3为发射材料, 通过蒸镀方式制作了结构为: MoOx(10 nm)/TcTa(50 nm)/CBP: fac-Ir(SFXbtz)3(ω＝12%, 10 nm)/Bphen(40 nm)/Libpp(3 nm)/Al(80 nm)的橙光器件D1.其中, MoOx和Libpp分别作为空穴和电子注入层; TcTa和Bphen分别作为空穴和电子传输层; CBP为主体材料.相应功能层材料的分子结构、能级和器件结构见图S11. 图 6a为器件D1在3~9 V驱动电压下的电致发光(EL)谱图, 器件的最大发射峰位于581 nm, 并在631 nm处有中等强度的肩峰. EL谱与fac-Ir(SFXbtz)3在77 K下的磷光光谱(图 3a)基本一致, 随操作电压升高EL谱能够保持稳定, 表明器件D1发光层内主客体间的能量转移过程比较充分有效.

    图 6

    图 6.  橙光器件D1的电致发光谱图(a)、电流-电压-亮度曲线(b)和电流效率与功率效率(c)曲线
    Figure 6.  The EL spectra (a), current density (J)-voltage (V)-luminance (L) relationships (b) and EffiCIE1931ncy curves (c) of device D1
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    橙光器件D1的电流密度-电压-亮度曲线(J-V-L)如图 6b所示.器件的启亮电压为3.1 V, 1000 cd•m-2亮度时的操作电压为5.6 V, 器件最大亮度可达到7217 cd• m-2.在3~9 V操作电压下, 色坐标稳定地位于(0.56~0.57, 0.41~0.42)范围内.根据器件的电流效率-电流密度(CE)曲线和功率效率-电流密度(PE)曲线可知:器件D1的最大电流效率为10.8 cd•A-1, 最大功率效率为8.4 lm•W-1.与前期合成的高性能材料fac-Ir(SFXpy)3比较, 橙光发射fac-Ir(SFXbtz)3的器件性能相对降低.对比二者的分子结构和能级性质差异, 分析可能的原因为: (1)受能隙规则限制[31, 32], fac-Ir(SFXbtz)3的能级和带隙的相对降低, 非辐射跃迁速率常数增大, 导致器件性能出现原理性下降; (2)共轭结构扩展导致配位部分平面性提高, 发光层内分子间的π-π作用相对增强, 对电致发光效率产生负面影响.但是, 鉴于器件结构未经优化且采用通用的CBP为主体材料, 其PhOLED器件性能的进一步提升仍值得期待.

    2.6.2   二元白光PhOLED

    橙光发射材料适于与蓝光分子组合, 构成更符合固态照明标准的二元白光PhOLED.因此, 选用天蓝光发射的(双(4, 6-二氟苯基吡啶-N, C2)吡啶甲酰合铱)(FIrpic)与fac-Ir(SFXbtz)3组合, 制备了器件结构为: MoOx(10 nm)/TcTa(50 nm)/26DCzPPy:fac-Ir(SFXbtz)3(5 nm, ω＝15%)/26DCzPPy:FIrpic(5 nm, ω＝10%)/B3PYMPM(40 nm)/Libpp(3 nm)/Al(80 nm)的二元白光器件W1.为避免两种发射材料在共掺杂发光层内发生客体分子间的能量转移, 白光器件W1中依次蒸镀两种客体分子, 与主体材料2, 6-二[3-(9H-咔唑-9-基)]吡啶(26DCzPPy)分别构成独立的发射层.器件W1的电致发光谱如图 7a所示, 473 nm的蓝光发射归属于FIrpic; 581 nm的橙光发射与其在单色器件D1中的发射峰吻合, 归属于fac-Ir(SFXbtz)3.器件W1在3~9 V操作电压下的CIE1931色坐标均稳定地处于[(0.34~0.37, 0.36~0.38); (0.33, 0.35)@5 V; (0.32, 0.36)@7 V; (0.37, 0.38)@9 V]白光区域内(图S12).如图 7a所示, 色坐标的轻微移动主要是源于FIrpic的蓝光发射随驱动电压增加而变动造成的[11].由图 7b可见, 器件W1的启亮电压为3.2 V, 接近其单色器件D1的启亮电压(3.1 V), 再次说明高掺杂浓度下, 器件发光层内载流子的注入和输运仍然顺利.器件W1亮度达到1000 cd•m-2时的操作电压为5.9 V, 并在9 V操作电压下达到最大亮度8763 cd•m-2.器件W1的最大电流密度效率11.6 cd•A-1, 最大功率效率8.0 lm•W-1.器件W1的效率与近期报道的高性能二元白光PhOLED存在一定差距, 但色坐标和亮度与报道结果相近[33~36], 达到了固态照明的基础指标要求.同时, 鉴于fac-Ir(SFXbtz)3具有较高的PLQY, 进一步地筛选匹配的蓝光组分并优化器件结构, 其二元白光PhOLED性能可望得到更大提高.

    图 7

    图 7.  二元白光器件W1的电致发光谱图(a)、电流-电压-亮度曲线(b)和电流效率与功率效率(c)曲线
    Figure 7.  The EL spectra (a), current density (J)-voltage (V)-luminance (L) relationships (b) and EffiCIE1931ncy curves (c) of device W1
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    3.   结论

    基于SFX的螺环正交结构, 通过在其芴环2-位上引入苯并噻唑构成了共轭结构扩展、平面性增强的位阻型配体SFXbtz, 进而制备了均配、面式构型的铱(Ⅲ)配合物fac-Ir(SFXbtz)3.该配合物的发射光谱位于587 nm, 在635 nm伴有肩峰发射, 并具有高达64.7%的荧光量子产率(相对Ir(ppy)3, 40%).鉴于fac-Ir(SFXbtz)3的橙光发射特性和位阻结构, 分别制备了高掺杂浓度的单色和二元白光PhOLED.基于通用主体材料CBP的橙光器件, 最高电流效率和功率效率为10.8 cd•A-1和8.4 lm•W-1, 最大亮度为7217 cd•m-2.与FIrpic构成的二元白光器件最高电流效率和功率效率为11.6 cd•A-1和8.0 lm•W-1, 最大亮度为8763 cd•m-2; 在3~9 V操作电压下的CIE1931色坐标稳定地位于(0.34~0.37, 0.36~0.38)区域内.上述研究结果表明:以配体共轭结构设计为调控发射光谱的手段, 协同发挥SFX的螺环位阻特性, 对发展光谱稳定、可高浓度掺杂的橙光铱(Ⅲ)配合物具有借鉴意义.

    4.   实验部分

    配体SFXbtz、配合物fac-Ir(SFXbtz)3的合成、结构表征、测试仪器、理论计算、器件制作方式等见“支持信息”.


    致谢: 感谢美国劳伦斯-伯克利国家实验室Kang Jun和Wang Linwang老师的理论计算支持.
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  • 图 1  磷光分子fac-Ir(SFXbtz)3的结构图

    Figure 1  The structure of phosphorescent molecule fac-Ir(SFXbtz)3

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    图 2  fac-Ir(SFXbtz)3的单晶结构ORTEP图(a)及单晶内分子堆积(b)

    Figure 2  ORTEP Crystal structure of fac-Ir(SFXbtz)3 (a) and a representation of the crystal packing (b)

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    图 3  fac-Ir(SFXbtz)3在二氯甲烷稀溶液中的紫外-可见吸收光谱和发射光谱(插图为样品77 K的磷光发射光谱)

    Figure 3  The UV-vis and PL spectra of fac-Ir(SFXbtz)3 in dilute solution of CH2Cl2 (inset: the PL spectrum in degassed CH2Cl2 at 77 K)

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    图 4  fac-Ir(SFXbtz)3在氯仿溶液中测试的循环伏安曲线(插图为内标物二茂铁的循环伏安图)

    Figure 4  Cyclic voltammogram of fac-Ir(SFXbtz)3 in a chloroform solution (The inset is the curve of internal standard ferrocene)

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    图 5  配合物fac-Ir(SFXbtz)3的HOMO和LUMO轨道电子云分布

    Figure 5  The calculated HOMO and LUMO orbital plots of the complex

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    图 6  橙光器件D1的电致发光谱图(a)、电流-电压-亮度曲线(b)和电流效率与功率效率(c)曲线

    Figure 6  The EL spectra (a), current density (J)-voltage (V)-luminance (L) relationships (b) and EffiCIE1931ncy curves (c) of device D1

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    图 7  二元白光器件W1的电致发光谱图(a)、电流-电压-亮度曲线(b)和电流效率与功率效率(c)曲线

    Figure 7  The EL spectra (a), current density (J)-voltage (V)-luminance (L) relationships (b) and EffiCIE1931ncy curves (c) of device W1

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    表 1  化合物fac-Ir(SFXbtz)3的基本光物理和电化学性质

    Table 1.  The basic photophysical and electrochemical properties of fac-Ir(SFXbtz)3

    Compounda λmaxabs a/nm λPLa/nm HOMOb/eV LUMOb/eV
    fac-Ir(SFXbtz)3 321, 338, 354, 418, 504 587, 635 sh -5.28 -3.10
    a Measured in CH2Cl2 at 293 K with a concentration of 10-5 mol•L-1, sh: shoulder peak. b 0.1 mol•L-1 [Bu4N]PF6 in CHCl3, scan rate 100 mV•s-1, HOMO＝-e (Eox onset+4.8), LUMO＝HOMO+Eg (optical gap).
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    表 2  器件D1和W1的电致发光性能

    Table 2.  The performance of device D1 and W1

    Device λmaxEL /
    nm    		 CIE1931 1931 coordinatesa Vturn-on/V Lmax/
    (cd•m-2)    		 CEmax/
    (cd•A-1)    		 PEmax/
    (lm•W-1)
    D1 581 (0.57, 0.42) 3.1 7217 10.8 8.4
    W1 473, 582 (0.33, 0.35) 3.2 8673 11.6 8.0
    a Operating voltage: 5 V.
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  • 发布日期:  2020-01-15
  • 收稿日期:  2019-11-15
  • 网络出版日期:  2019-01-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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