几种新型Pt~Ⅱ、Pd~Ⅱ磷光配合物的设计及其理论探究

发布时间：2017-10-29 00:35

  本文关键词：几种新型Pt~Ⅱ、Pd~Ⅱ磷光配合物的设计及其理论探究

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【摘要】：本文设计了一系列的金属铂(II)、钯(II)配合物。通过替换与金属直接耦合的功能配体或者在配合物的配体上引入不同的取代基来调节配合物的发光波长和磷光量子产率。文中所用到的功能配体和取代基,有的在以前文献中被探究过的,有的还没有引起大家重视。比如ppz配体(ppz=5-(2-吡啶基)-吡唑)在过去的文献中被广泛用于铱(III)金属配合物,却极少用于铂(II)配合物。再比如,三芳基硼烷在过去的文献中被当作吸电子基团广泛地应用于过渡金属配合物中,我再次将它应用于本文的研究来设计更高效的磷光配合物。文中采用密度泛函方法和含时密度泛函理论对所有的配合物整体的电子结构、光物理性质、辐射衰变过程和非辐射衰变过程的效率进行理论计算并评估。其中零点场劈裂能(ZFS)、辐射速率常数(κr)和辐射衰变时间(τem)、吸收光谱和发光波长等重要参数被计算。结果表明,更换具有较强场强的功能配体或者在功能取代基上添加具有合适构型的吸电子或给电子基团都有利于提高物质的磷光发射。为此,通过功能配体修饰来探究结构和性质之间的关系,可以为设计和合成新的铂(II)、钯(II)配合物作为OLEDs中高效的磷光掺杂剂提供理论依据。研究工作主要包括以下三个方面:1.理论探究辅助配体更替对Pt(II)配合物的光物理性质的影响6个不同的Pt(II)配合物被设计并用理论的方法计算,这样的工作是为了探究不同的辅助配体对配合物整体的电子结构、光物理性质、辐射衰变过程和非辐射衰变过程的影响。其中,为了描述配合物的辐射衰变过程,自旋轨道耦合TDDFT(SOC-TDDFT)方法被用来计算零点场劈裂能(ZFS)、辐射速率常数(κr)和辐射衰变时间(τem)等参数。计算结果表明了,[Pt(ppy)(ppz)](ppy=2-苯基吡啶and ppz=5-(2-吡啶基)-吡唑)配合物和[Pt(ppy)(acac)](acac=乙酰丙酮化物)配合物相比,具有较高的辐射速率参数和较弱的非辐射衰变过程。换句话说,ppz配体的引入能够引起发射效率的提高。此外,相比于其他配合物来讲,在[Pt(ppy)(ppz)]配合物的吡啶环的3位引入了二苯基硼取代基的分子5具有极好的被应用于有机发光二极管(OLED)中蓝绿色磷光材料的潜能。2.理论探究几种芳香族取代基对Pd II[O^N^C^N]配合物的磷光性质的影响四种配合物PdII(butyl)[O^N^C^N](1)、Pd II(phenyl)[O^N^C^N](2)、PdII(diphenyl)[O^N^C^N](3)、Pd II(naphthyl)[O^N^C^N](4)(O^N^C^N=2-(4-(3,5-二叔丁基苯基)-6-(3-(吡啶-2-l)苯基)吡啶-2-yl)酚盐)的电子结构、光谱特性、辐射过程和非辐射过程效率被理论的计算方法进行评估。跟原始配合物(1)比较,正丁基被萘基、联苯基、苯基取代后得到的配合物依次具有更好的辐射过程和较差的非辐射过程。这些探究说明了在体系中R基所在的位置,配体的变化对配合物的磷光量子产率有较大影响。从苯基到联苯基再到萘基,取代基的供电子能力在提升,但是配合物的发射性能却没有相应地依次加强。因此,在合适取代基的选择时候不仅要考虑它的吸、供电子能力,还应考虑取代基的分子结构构型。其中被苯基取代的配合物具有最好的磷光特性,因此被认为是有机磷光发射材料的很好的候补者。3.高效PtII[O^N^C^N]磷光配合物的设计及其理论探究基于Pt[O^N^C^N](O^N^C^N=2-(4-(3,5-二叔丁基苯基)-6-(3-(吡啶-2-l)苯基)吡啶-2-yl)酚盐)结构的两个系列配合物在本文中被设计,这样的工作是为了探究在配合物中不同位置(R、R′、R″)替换不同取代基所带来的光物理性质的变化。第一个系列按照Pd II[O^N^C^N]配合物里的设计思路依次用苯基、联苯、萘基取代正丁基得到了配合物2-4。通过密度泛函和含时密度泛函理论计算能够发现具有和Pd配合物相似的结论即苯基在R位置能带来最好的光发射性能。这样的发现能够为以后设计[O^N^C^N]环金属配合物带来非常有用的信息。在第一系列配合物的基础上我们在R′和R″位置引入了二芳基硼基,得到了配合物5-7。通过评估配合物的光谱特性、辐射过程和非辐射过程的效率发现配合物5拥有较好的辐射效率和较弱的非辐射效率,因此被认为是极具潜质的磷光发射材料。
【关键词】：密度泛函理论 辐射效率 非辐射效率 发射性能
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 第一节 前言10-18
• 1.1 有机电致发光器件的发展简史10-11
• 1.2 有机电致发光器件的结构和基本工作原理11-12
• 1.3 单重激子发射、三重激子发射以及主-客体体系12-13
• 1.4 过渡金属配合物的特征13-14
• 1.5 提升过渡金属配合物磷光量子产率的基本方法14
• 1.6 课题研究的意义14-16
• 参考文献16-18
• 第二节 理论部分18-27
• 2.1 密度泛函理论(Density Functional Theory)18-22
• 2.1.1 基本原理18-20
• 2.1.2 一些常用的DFT方法20-22
• 2.2 含时密度泛函理论22-23
• 2.3 溶剂化效应23-24
• 2.3.1 PCM模型和COSMO模型23-24
• 2.4 辐射速率常数24-25
• 参考文献25-27
• 第三节 理论探究辅助配体更替对Pt~Ⅱ配合物的光物理性质的影响27-45
• 3.1 引言27-28
• 3.2 计算细节28-30
• 3.3 结果与讨论30-39
• 3.3.1 基态和最低三重态的几何结构30-31
• 3.3.2 前线分子轨道31-32
• 3.3.3 吸收特性32-36
• 3.3.4 二氯甲烷溶剂下的发光特性36
• 3.3.5 辐射衰变效率36-38
• 3.3.6 非辐射衰变效率38-39
• 3.4 结论39-40
• 参考文献40-45
• 第四节 理论探究几种芳香族取代基对Pd~Ⅱ[O^N^C^N]配合物的磷光性质的影响45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 计算方法46-47
• 4.3 结果与讨论47-53
• 4.3.3 几何结构47-48
• 4.3.4 前线分子轨道48
• 4.3.5 吸收特性48-51
• 4.3.6 二氯甲烷溶剂下的发光特性51-52
• 4.3.7 辐射衰变效率52
• 4.3.8 非辐射衰变效率52-53
• 4.4 结论53-54
• 参考文献54-57
• 第五节 高效Pt~Ⅱ[O^N^C^N]磷光配合物的设计及其理论探究57-73
• 5.1 引言57-58
• 5.2 计算方法58-59
• 5.3 结果与讨论59-69
• 5.3.1 几何结构59-60
• 5.3.2 前线分子轨道60-61
• 5.3.3 吸收特性61-65
• 5.3.4 二氯甲烷溶剂下的发光特性65-66
• 5.3.5 辐射衰变过程66-68
• 5.3.6 非辐射衰变过程68-69
• 5.4 结论69-70
• 参考文献70-73
• 已发表的论文73-74
• 致谢74

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1 杜俊宏;几种新型Pt~Ⅱ、Pd~Ⅱ磷光配合物的设计及其理论探究[D];西南大学;2016年

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本文编号：1110667