两种基于氮杂环结构铱(Ⅲ)配合物的合成及有机电致发光性能

doi:10.7503/cjcu20210415

摘要/Abstract

摘要：

以苯基嘧啶/吡啶基嘧啶为母核, 同时引入2个三氟甲基(CF₃)合成了2-[3,5-二（三氟甲基）苯基]-5-氟基嘧啶(tfmphfppm)和2-[2,6-二（三氟甲基）-4-吡啶基]-5-氟基嘧啶(tfmpyfppm)主配体, 并以2-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-)苯酚(pop)为辅助配体合成了2种铱(III)配合物Ir(tfmphfppm)₂(pop)和Ir(tfmpyfppm)₂(pop), 其发射光谱峰分别位于484和504 nm, 分别属于蓝绿光和绿光发射, 发光量子效率分别达到76%和89%. 由于氮杂环和2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑基团的存在, 配合物具有较低的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和较高的电子迁移率. 以2种铱(III)配合物为发光中心制备的有机电致发光器件(OLED)显示了较好的器件性能, 其最大亮度(L_max)、最大电流效率(η_{c, max})、最大功率效率(η_{p, max})和最大外量子效率(EQE_max)分别为33379 cd/m², 76.55 cd/A, 31.59 lm/W和26.7%; 并且该器件显示了比较小的效率滚降, 在亮度为1000 cd/m²时, 器件的η_c仍然可以达到72.71 cd/A. 本文结果表明, 氮杂环、 2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑和三氟甲基基团可以有效提高铱(Ⅲ)配合物的发光性能和电子迁移率, 从而提高器件的性能.

关键词: 铱(III)配合物, 氮杂环, 2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑, 有机电致发光器件, 电流效率

Abstract:

Two main ligands were synthesized based on 2-（3，5-bis（trifluoromethyl）phenyl）-5-fluoropyrimidine （tfmphfppm） and 2-（2，6-bis（trifluoromethyl）pyridin-4-yl）-5-fluoropyrimidine（tfmpyfppm） cores with trifluoromethyl（CF₃） units. Then， two iridium（III） complexes［（Ir（tfmphfppm）₂（pop） and Ir（tfmpyfppm）₂（pop）］ were prepared using these two main ligands and 2-（5-phenyl-1，3，4-oxadiazol-2-yl）phenol（pop） ancillary ligand. The two Ir（III） complexes show blueish-green and green emissions peaking at 484 and 504 nm with photoluminescence quantum yields（PLQYs） of 76% and 89%， respectively. Due to the nitrogen heterocycle and oxadiazol units， both Ir（III） complexes have low LUMO levels and good electron mobilities. Using the two Ir（III） complexes as emitters， the organic light-emitting diodes（OLEDs） show good performances with a maximum luminance（L_max）， a maximum current efficiency（η_c，max）， a maximum power efficiency（η_p，max） and a maximum external efficiency（EQE_max） of 33379 cd/m²， 76.55 cd/A， 31.59 lm/W and 26.7%， respectively. Furthermore， both devices show low efficiency roll-off. And at the brightness of 1000 cd/m²， the η_c can still keep at 72.71 cd/A. The research results suggest that the nitrogen heterocycle， 2，5-phenyl-1，3，4-oxadiazol and CF₃ units in the ligands can improve the luminescence property， electron mobility of the Ir（III） complexes and their corresponding device performances.

Key words: Iridium（III） complex, Nitrogen heterocycle, 2, 5-Phenyl-1, 3, 4-oxadiazol, Organic light-emitting diode, Current efficiency

中图分类号:

O614

TrendMD:

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图/表 10

Scheme 1 Synthetic routes of complexes Ir(tfmphfppm)2(pop) and Ir(tfmpyfppm)2(pop)

Fig.1 Crystal diagrams of Ir(tfmphfppm)2(pop)(CCDC No.1830860)(A) and Ir(tfmpyfppm)2(pop) (CCDC No.1950738)(B) shown at a 30% probability levelThe hydrogen atoms are omitted for clarity.

Fig.2 TG curves of Ir(tfmphfppm)2(pop)(a) and Ir(tfmpyfppm)2(pop)(b)

Fig.3 UV?Vis absorption and emission spectra at room temperature(A) and emission spectra at 77 K(B) of Ir(tfmphfppm)2(pop)(a， a′) and Ir(tfmpyfppm)2(pop)(b, b′) complexes in degassed CH2Cl2 solutions(5×10-5 mol/L)

Table 1 Physical properties of Ir(tfmphfppm)2(pop) and Ir(tfmpyfppm)2(pop) complexes

Complex	T_d^a/℃	λ_abs^b/nm	λ_em^c/nm	CIE coordinate^d	PLQY^e（%）	HOMO/LUMO^f/eV
Ir（tfmphfppm）₂（pop）	320	272/313	484	（0.17， 0.42）	76	-5.73/-3.30（-5.59/-2.15）
Ir（tfmpyfppm）₂（pop）	344	274/314	504	（0.22， 0.57）	89	-5.75/-3.51（-5.67/-2.45）

Fig.4 Cyclic voltammetry curves in CH3CN solutions(5×10-4 mol/L)(A) and contour plots(B) of Ir(tfmphfppm)2(pop) and Ir(tfmpyfppm)2(pop)

Fig.5 Transient electroluminescence(A) and electric field dependence of electron mobility in the thin films of Ir(tfmpyfppm)2(pop) and Alq3(B)（A） td： Delay time， determined by the arrival of the slower charge carrier of the injected carriers at the emission zone.

Fig.6 Energy level diagram of HOMO and LUMO levels(A) and molecular structures of materials used in this study(B)

Fig.7 Characteristics of devices D1（a) and D2(b)（A） electroluminescence spectra；（B） luminance-voltage-current density curves；（C） current efficiency-luminance curves；（D） power efficiency-luminance curves.

Table 2 Electroluminescence data of the devices D1 and D2

Device	V_turn?on^a/V	L_max^b/（cd·m^-2）	η_{c， max}^c/（cd·A^-1）	η_c，L1000^d/（cd·A^-1）	EQE^e（%）	η_p，max^f/（lm·W^-1）	CIE coordinate
D1	4.4	17533	47.27	43.36	20.9	20.37	（0.161， 0.396）
D2	4.3	33379	76.55	72.71	26.7	31.59	（0.205， 0.554）

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