CN107573299A - 一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料及其制备方法与应用。本发明以含取代基的二菲并茚芴单元为核，通过Suzuki偶合反应将电子给体单元和电子受体单元连接在含取代基的二菲并茚芴单元两侧，得到所述以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料。本发明合成方法简单，容易提纯，有利于工业化应用。该双极性小分子发光材料具有良好的溶解性、成膜性和薄膜形态稳定性，基于该双极性小分子发光材料的发光层在制备器件时无需退火处理，使得制备工艺简单。

Description

一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料及其制 备方法与应用

技术领域

本发明涉及有机光电材料技术领域，具体涉及一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机发光二极管(OLED)因具有高效、低电压驱动，易于大面积制备等优点得到人们广泛的关注。OLED的研究始于20世纪50年代，直到1987年美国柯达公司的邓青云博士采用三明治器件结构研制出了OLED器件在10V直流电压驱动下发光亮度可达到1000cdm^-2，使OLED获得了划时代的发展。

OLED器件由阴极、阳极和中间的有机层构成，有机层一般包括电子传输层、发光层和空穴传输层，首先电子和空穴分别从阴阳两极注入，并分别在功能层中进行迁移，然后电子和空穴在合适的位置形成激子，激子在一定范围内进行迁移，最后激子发光。

为了早日实现有机/高分子电致发光器件的商业化，除了应满足能够实现全色显示、单色纯度高、热化学稳定性好和使用寿命长等要求外，还希望器件具有高的发光效率。目前影响OLED器件效率的主要因素之一是材料本身的电子和空穴传输注入的不平衡。因此，为了获得高效的OLED器件，必须合理调节材料的电子空穴传输与注入的平衡。

近年来，双极性材料因具有平衡的空穴和电子载流子流，在有机电致发光领域吸引了人们广泛的关注，而且该材料使得器件的结构简化。这种新型的技术不仅在理论研究领域被科学家所青睐，而且正在逐步走向工业化生产，因而开发双极性材料具有实用化价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料，该材料具有良好的电子和空穴传输性能，可以平衡载流子的注入与传输，使得更多的空穴与电子有效地复合产生激子，从而提高器件的发光效率。

本发明的目的还在于提供所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供所述一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料在制备发光二极管中的应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料，化学结构式如下：

式中，Ar₁为电子给体单元，Ar₂为电子受体单元；

R₂-R₁₁选自H原子、芳基、三苯胺、碳原子数1-20的直链或者支链烷基，或碳原子数1-20的烷氧基。

进一步地，所述电子受体单元Ar₂为如下结构式中的任意一种：

其中，n＝1-3；R₁为碳原子数为1-20的直链或者支链烷基，或为碳原子数为1-20的烷氧基。

进一步地，所述电子给体单元Ar₁为如下结构式中的任意一种：

制备所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料的方法，主要包括中心二菲并茚芴单元的制备。

制备所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料的方法，包括如下步骤：

以含R₂-R₁₁的二菲并茚芴单元为核，通过Suzuki偶合反应将电子给体单元和电子受体单元连接在含R₂-R₁₁的二菲并茚芴单元两侧，得到所述以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料。

进一步地，所述Suzuki偶合反应的温度为110～150℃，反应的时间为16～18h。

所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料应用于制备发光二极管的发光层，将所述双极性小分子发光材料溶解于常见有机溶剂中，通过旋涂、喷墨打印或印刷方法成膜，得到发光二极管的发光层。

进一步地，所述常见有机溶剂包括氯苯。

进一步地，将制备的发光层进一步地组装制备发光二极管以及平板显示器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明首次以二菲并茚芴单元为中心，合成了双极性小分子发光材料，合成方法简单，容易提纯，有利于工业化应用。

(2)本发明的以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料具有良好的溶解性、成膜性和薄膜形态稳定性，基于该双极性小分子发光材料的发光层在制备器件时无需退火处理，使得制备工艺简单。

附图说明

图1为化合物D1的TGA谱图；

图2为化合物D2在薄膜状态下的紫外-可见吸收光谱图；

图3为基于化合物D3在薄膜状态下的光致发光谱图；

图4为基于化合物D4在薄膜状态下的光致发光谱图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明不限于此。

实施例1

1-溴-2-菲甲酸甲酯的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气气氛下，将1-溴-2-菲甲酸(10g，39.83mmol)加入两口瓶中，再加入100mL甲醇，然后逐滴加入浓硫酸(39.06mg，398.29umol)，加热到110℃，反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，得到白色固体粗品，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝3/1，v/v)，产物长时间放置冰箱中得到白色固体，产率85％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物。

实施例2

2，7-二溴芴的制备

化学反应方程式如下所示：

在250mL三口瓶中，加入芴(24.5g，0.1mol)、铁粉(88mg，1.57mmol)以及三氯甲烷100mL；冰水浴冷却，滴加溴(17.6g，0.1mol)/三氯甲烷混合溶液35mL，滴加时瓶内温度不超过5℃；反应完毕，过滤、氯仿重结晶，得白色固体20.3g，产率83％。¹HNMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物。

实施例3

2，7-二溴-9，9-二辛基芴的制备

化学反应方程式如下所示：

在三口瓶中加入2，7-二溴芴(9.7g，0.03mol)、苄基三乙基氯化铵(0.07g，0.3mmol)、二甲基亚砜90mL以及45mL氢氧化钠水溶液(50wt％)，室温下搅拌形成悬浮液；加入1-溴正辛烷(12.5g，65mmol)，继续搅拌3小时后，用乙醚萃取，用饱和氯化钠水溶液洗涤乙醚相，无水硫酸镁干燥，蒸去溶剂，产物用石油醚作洗脱剂柱层析提纯，得白色固体。¹HNMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物。

实施例4

2,7-二硼酸酯-9，9-二辛基芴的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气气氛下，将2，7-二溴-9，9-二辛基芴(5g，9.12mmol)溶解于180mL精制的四氢呋喃(THF)中，在-78℃下逐渐滴加1.6mol.L^-1的正丁基锂28mL，反应2小时，然后加入2-异丙氧基-4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷25mL，在-78℃下继续反应1小时，然后升温至室温反应24小时；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，得到浅黄色粘稠状粗品，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/乙酸乙酯＝15/1，v/v)，产物长时间放置冰箱中得到白色固体，产率70％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物。

实施例5

化合物M1的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将2，7-二硼酸酯-9,9-二辛基芴(5g，7.78mmol)和1-溴-2-菲甲酸甲酯(6.19g，23.34mmol)加入到两口瓶中，再加入100ml甲苯进行完全溶解，再加入碳酸钠(4.12g，38.91mmol)、四丁基溴化铵(312.01mg，967.86umol)和四三苯基磷钯(179.84mg，155.63umol)，在110℃下反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥。溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝8/1，v/v)，最终得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M1。

实施例6

化合物M2的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M1(10g，13.17mmol)加入单口瓶中，再加入50ml无水THF直到完全溶解，再将反应液在0℃下反应1h，再逐滴加入正辛基溴化镁(30mL，1mol/L)，混合液在室温下反应18h；将水加入到反应液中来淬灭反应，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝3/1，v/v)，产物长时间放置冰箱中得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M2。

实施例7

化合物M3的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M2(5g，8.68mmol)溶于50ml二氯甲烷中，在室温下逐滴加入三氟化硼乙醚溶液(588.67mg，8.68mmol)，反应18h；用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚)，产物长时间放置冰箱中得到白色固体，产率90％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M3。

实施例8

化合物M4的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M3(5g，4.48mmol)溶于50mL二氯甲烷中，再加入铁粉(185.35mg，4.48mmol)，再逐滴加入液溴(1.50g，9.41mmol)，在室温下反应18h；用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚)，产率70％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M4。

实施例9

化合物M6的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M4(5g，3.93mmol)和苯并咪唑硼酸(1.23g，3.93mmol)加入到两口瓶中，再加入100ml甲苯进行完全溶解，再加入碳酸钠(2.08g，19.63mmol)，四丁基溴化铵(312.01mg，967.86umol)和四三苯基磷钯(190.73mg，78.5umol)，在110℃下反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝6/1，v/v)，最终得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M6。

实施例10

化合物D1的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M6(1g，683.51umol)和三苯胺硼酸酯(253.77mg，683.51umol)加入到两口瓶中，再加入100ml甲苯进行完全溶解，再加入碳酸钠(362.22mg，3.42mmol)、四丁基溴化铵(312.01mg，967.86umol)和四三苯基磷钯(15.08mg，13.67umol)，在110℃下反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝6/1，v/v)，最终得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物D1。

得到的化合物D1的TGA谱图如图1所示，由图1可知，化合物D1热分解温度(质量损失5％时的温度)为405℃。

实施例11

化合物D2的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M6(1g，683.51umol)和咔唑(1114.29mg，683.51umol)加入到100ml两口瓶中，加入甲苯进行完全溶解，再加入醋酸钯(3.07mg，13.67umol)和三叔丁基磷(5.53mg，27.34umol)，在110℃下反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝4/1，v/v)，最终得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物D2。

得到的目标化合物D2在薄膜状态下的紫外-可见吸收光谱如图2所示，从图2中可以看出，化合物D2的吸收峰位于245nm和388nm。

实施例12

化合物M7的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气气氛下，将2-溴-S,S-二氧二苯并噻吩(5g，16.94mmol)，2-硼酸酯-9,9-二辛基芴(21.77g，33.88mmol)，Na₂CO₃(8.98g，84.70mmol)以及四丁基溴化铵1g，加入到250ml两口瓶中，待充分溶解后，加入Pd(PPh₃)₄(391.51mg，338.81umol)，在110℃下反应16h；用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝4/1，v/v)，产物长时间放置冰箱中得到白色固体，产率70％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M7。

实施例13

化合物M8的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气气氛下，将化合物M4(5g，16.94mmol)，M7(21.77g，33.88mmol)，Na₂CO₃(8.98g，84.70mmol)以及四丁基溴化铵1g，加入到250ml两口瓶中，待其充分溶解后，加入Pd(PPh₃)₄(391.51mg，338.81umol)，在110℃下反应16h；用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝4/1，v/v)，产物长时间放置冰箱中得到白色固体，产率70％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物M8。

实施例14

化合物D3的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M8(1g，583.51umol)和三苯胺硼酸酯(253.77mg，583.51umol)加入到两口瓶中，再加入100ml甲苯进行完全溶解，再加入碳酸钠(362.22mg，3.42mmol)、四丁基溴化铵(312.01mg，967.86umol)和四三苯基磷钯(15.08mg，13.67umol)，在110℃下反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝6/1，v/v)，最终得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物D3。

得到的目标化合物D3在薄膜状态下的光致发光光谱图如图3所示，从图3中可以看出，化合物D3的最大发射峰位于515nm。

实施例15

化合物D4的制备

化学反应方程式如下所示：

在氩气氛围下，将化合物M8(1g，583.51umol)和咔唑(1114.29mg，583.51umol)加入到100ml两口瓶中，加入100mL甲苯进行完全溶解，再加入醋酸钯(3.07mg，13.67umol)和三叔丁基磷(5.53mg，27.34umol)，在110℃下反应18h；将反应混合物倒入水中，用乙酸乙酯萃取，有机层用食盐水完全洗涤后，加无水硫酸镁干燥；溶液浓缩后，用硅胶柱层析提纯(洗脱剂选择石油醚/二氯甲烷＝4/1，v/v)，最终得到白色固体，产率80％。¹H NMR、¹³CNMR、MS和元素分析结果表明所得到的化合物为目标产物D4。

得到的目标化合物D4在薄膜状态下的光致发光光谱图如图4所示，从图4中可以看出，化合物D4的最大发射峰位于465nm。

实施例16

基于双极性小分子发光材料的电致发光器件的制备

在预先做好的方块电阻为20Ω/□的氧化铟锡(ITO)玻璃上，先依次用丙酮、洗涤剂、去离子水和异丙醇超声清洗，等离子处理10分钟；在ITO上旋涂参杂有聚苯乙烯磺酸的聚乙氧基噻吩(质量比PEDOT:PSS＝1:1)膜，厚度为150nm；PEDOT:PSS膜在真空烘箱里80℃下干燥8小时；随后分别将双极性小分子发光材料D1、D2、D3、D4的氯苯溶液(1wt％)旋涂在PEDOT:PSS膜的表面，厚度为80nm，作为发光层；最后在发光层上依次蒸镀一薄层CsF(1.5nm)和120nm厚的金属Al层。

基于双极性小分子发光材料D1～D4的电致发光器件的光电性能指标如表1所示。

表1基于双极性小分子发光材料D1～D4的电致发光器件的光电性能指标

由表1可知，以化合物D1，D2，D3，D4为发光层的电致发光器件，基于器件结构：ITO/PEDOT/Emitter/CsF/Al的最大流明效率依次为2.02cd/A，1.07cd/A、0.78cd/A、1.2cd/A。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料，其特征在于，化学结构式如下：

式中，Ar₁为电子给体单元，Ar₂为电子受体单元；

R₂-R₁₁选自H原子、芳基、三苯胺、碳原子数1-20的直链或者支链烷基，或碳原子数1-20的烷氧基。

2.根据权利要求1所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料，其特征在于，所述电子受体单元Ar₂为如下结构式中的任意一种：

其中，n＝1-3；R₁为碳原子数1-20的直链或者支链烷基，或为碳原子数1-20的烷氧基。

3.根据权利要求1所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料，其特征在于，所述电子给体单元Ar₁为如下结构式中的任意一种：

4.制备权利要求1～3任一项所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

以含R₂-R₁₁的二菲并茚芴单元为核，通过Suzuki偶合反应将电子给体单元和电子受体单元连接在含R₂-R₁₁的二菲并茚芴单元两侧，得到所述以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料。

5.根据权利要求4所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料的制备方法，其特征在于，所述Suzuki偶合反应的温度为110～150℃，反应的时间为16～18h。

6.权利要求1～3任一项所述的一种以二菲并茚芴单元为核的双极性小分子发光材料应用于制备发光二极管的发光层，其特征在于，将所述双极性小分子发光材料溶解于常见有机溶剂中，通过旋涂、喷墨打印或印刷方法成膜，得到发光二极管的发光层。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述常见有机溶剂包括氯苯。