基于咔唑及螺芴類衍生物的雙極性主體材料的理論研究.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)在固態(tài)照明領(lǐng)域以及信息顯示領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的熒光材料僅能利用單重態(tài)發(fā)光，因此效率較低。對于以重金屬為基礎(chǔ)的磷光材料而言，由于重金屬原子(例如鉑，銥)可以增強(qiáng)過渡金屬配合物的自旋-軌道耦合作用(SOC)，大大提高了系間竄越，理論上可以達(dá)到100%內(nèi)量子產(chǎn)率的磷光發(fā)射。但是在電流密度較高的情況下，聚集在磷光發(fā)光材料上的三重態(tài)激子，磷光壽命較長，容易產(chǎn)生濃度淬滅和三重態(tài)-三重態(tài)湮滅這種不利的現(xiàn)象，使得磷光量子

2、產(chǎn)率降低。為了解決上述問題，通常采用的方法是：將重金屬磷光客體發(fā)光材料以較低濃度摻雜到有機(jī)主體基質(zhì)中，形成主客體體系。主體材料作為發(fā)光層的主要構(gòu)成部分之一，尤其是具有高三線態(tài)ET的藍(lán)光主體材料，目前依然比較匱乏，并成為制約全色顯示發(fā)展的重要因素。研發(fā)者對合成高效率和高色純度藍(lán)色磷光主體材料投入了大量精力。本文基于計(jì)算化學(xué)的基本理論，采用密度泛函理論(DFT)和含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT)研究了一系列磷光主體材料，詳細(xì)討論了其作為磷光

3、主體材料的潛在性能，從本質(zhì)上探討了結(jié)構(gòu)—性能之間的關(guān)系。同時(shí)我們還構(gòu)建了主客體模型，研究主客體之間的匹配性。
　　本論文將從以下五個(gè)部分進(jìn)行研究：
　　第一部分，主要介紹了有機(jī)電致發(fā)光器件研究進(jìn)展、器件的構(gòu)成及其工作原理，同時(shí)也對常見磷光主體材料、客體材料作了簡單介紹。另外，我們還闡述了本論文研究工作的意義。
　　第二部分，詳細(xì)介紹本文研究所使用的相關(guān)理論計(jì)算方法—密度泛函理論(DFT)和含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT

4、）。還介紹了一些其它的理論分析方法(例如，自然成鍵軌道(NBO)分析、Marcus電荷轉(zhuǎn)移理論等。
　　第三部分，利用密度泛函理論(DFT)和含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT)對一系列咔唑、磷?；愌苌镫p極性主體材料的電子結(jié)構(gòu)和光物理性能進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究。計(jì)算結(jié)構(gòu)表明，苯環(huán)的臨位取代這種連接方式能有效地抑制三線態(tài)激子的離域，進(jìn)而提高 ET。同時(shí)，中間苯環(huán)的個(gè)數(shù)減少時(shí)，降低了*共軛能力，三重態(tài)能也會(huì)提高。與二苯醚橋系列主體分子相

5、比，二苯胺橋系列主體分子呈現(xiàn)較差的光物理性能能，因此不具備作為高性能 OLED主體材料的潛能。同時(shí)我們構(gòu)建了主-客體體系，研究了主客體間能量、電荷轉(zhuǎn)移情況。
　　第四部分，以D-A構(gòu)型為基礎(chǔ)的三苯胺螺芴主體材料POSTF為實(shí)驗(yàn)分子。通過芴環(huán)上引入不同的缺電子基團(tuán)設(shè)計(jì)了一系列雙極性主體材料，我們同時(shí)也研究了供電子基團(tuán)(D)與吸電子基團(tuán)(A)的比率對主體材料性能的影響。通過前線分子軌道(FMOs）、電離勢(IP)、電子親和能(EA)以

6、及重組能(λ)方面性能方能的表征發(fā)現(xiàn)：不論D/A比例為何，當(dāng)吸電子基團(tuán)用二苯基硼單元取代實(shí)驗(yàn)分子的二苯基磷?；鶗r(shí)空穴/電子重組能都降低了，而且空穴、電子重組能的大小很接近，因此二苯基硼系列主體材料具有較好的空穴/電子傳輸性能，空穴電子傳輸也比較平衡。
　　第五部分，我們繼續(xù)研究了三苯胺螺芴衍生物材料。用N-苯咔唑基團(tuán)取代了三苯胺基團(tuán)，同時(shí)我們在芴環(huán)上引入不同的缺電子單元設(shè)計(jì)了一系列雙極性主體材料，并對其電子結(jié)構(gòu)和光物理性能進(jìn)行了詳

7、細(xì)的理論研究。計(jì)算結(jié)構(gòu)表明，螺芴三苯胺/N-苯咔唑結(jié)構(gòu)的分子由于其所具有的特殊正交結(jié)構(gòu)使得其呈現(xiàn)較高的ET,滿足構(gòu)建雙極性主體材料的基本條件。與N-苯咔唑(CzSTF)系列主體分子相比，三苯胺(STF)系列單三重劈裂能差ΔEST較小。較小的 EST更有利于三線態(tài)激子的產(chǎn)生同時(shí)也可以降低設(shè)備的開啟電壓。缺電子單元是二苯基硫?；黧w材料 SOSTF呈現(xiàn)了較高的三重態(tài)能ET、較小的ΔEST、平衡的空穴—電子傳輸性能、較低的電荷注入勢壘等特征，