蓝色磷光铱配合物发光性质的理论研究

发布时间：2017-09-13 05:41

  本文关键词：蓝色磷光铱配合物发光性质的理论研究

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【摘要】：有机电致发光器件(OLED)由于在平板显示和固态照明领域具有广阔的应用前景而成为了当下研究的新兴宠儿。过渡金属配合物,尤其是铱配合物是一种重要的OLED磷光材料。因为这类材料可以利用重原子效应即旋轨耦合作用来同时捕获单重态和三重态激子,而显示出较高的发光效率和良好的性能。相对于红色和绿色磷光材料来说,设计和开发高效率的纯蓝色磷光材料是目前国内外的研究热点。本论文采用量子化学方法研究了一系列铱配合物的几何和电子结构、量子效率和电致发光机理,阐明了结构和发光性质之间的关系;在此基础上,通过对配合物的配体进行修饰或改变设计了一系列新的铱配合物,并且从理论上预测了它们的发光性能。上述工作可以为开发新型、高效的蓝色磷光材料提供可靠的理论依据。本论文采用密度泛函理论和含时密度泛函理论系统地研究了以下三个体系:1.第一个体系是以苯基吡啶为主配体,吡啶甲酸为次配体的铱配合物。这些配合物包括实验上已经合成的六种铱配合物和理论设计的七种新的铱配合物。重点考察了取代基的种类和位置对配合物光学性质的影响。在B3LYP/6-31G(d)-LANL2DZ水平下,优化了铱配合物基态和最低三重激发态的几何结构,并详细分析了配合物的电子云分布情况和能级变化规律。基于优化的几何结构,采用含时密度泛函理论分别在TD-LC-BLYP和TD-M06-2X方法下,模拟了它们的吸收光谱和发射光谱。通过分析和比较辐射跃迁速率和非辐射跃迁速率的大小,定性地判断量子效率的相对高低顺序,并从理论上预测了它们的电致发光性能。计算结果表明,在主配体的吡啶环或2,4-二氟苯环上添加取代基,可降低它们的HOMO-LUMO能级差,从而使配合物的吸收光谱发生红移,且具有相对较高的振子强度。另外,发射过程中较大的~3MLCT-~3MC能级差、较小的单-三态能级差和较高的最低三重金属到配体的电荷转移成分使配合物4a和4b具有较高的量子效率。根据计算结果,可以定性判断新设计的两个配合物4a和4b由于具有良好的空穴和电子传输的平衡性而显示出潜在的应用前景。2.第二个体系是以苯基吡啶为主配体,吡啶三唑为次配体的铱配合物。在系统研究了七种铱配合物的磷光性质的基础上,通过在主配体的2,4-二氟苯环上加入强的吸电子基团和改变次配体中吡啶环上取代基种类的方法,从理论角度设计了三种新的磷光铱配合物。通过分析它们的电致发光性能和磷光量子效率,从理论上预测了它们作为蓝色磷光材料的可能性。计算结果表明,在主配体的2,4-二氟苯环上引入吸电子基团(-CF_3/-NO_2)后,有利于提高它们的电子传输能力,但不利于空穴的转移;在主配体的2,4-二氟苯环上加入合适的吸电子基团的同时,需要在吡啶三唑配体的吡啶环上引入相应的给电子基团才能达到提高量子效率的目的。3.第三个体系是同配体(苯基咪唑)的一元铱配合物。与主、次配体不同的二元铱配合物相比,同配体的一元铱配合物具有光化学稳定性高和发光寿命长的特点。为了深入理解一元铱配合物的发光特性,分别在苯基咪唑的苯环和咪唑环上加入不同的取代基而设计了七种新的一元铱配合物。采用密度泛函理论和含时密度泛函理论系统地研究了它们的几何、电子结构和磷光性质,比较了垂直电离势、垂直电子亲和势、电子和空穴重组能及辐射和非辐射跃迁速率等参数。研究结果表明:(1)在苯基咪唑的咪唑环或苯环上添加具有吸电子性的间苯二甲醛基使HOMO-LUMO能级差降低,相应配合物的吸收和发射光谱将发生红移,所以它们是潜在的红光材料;(2)其他配合物都可作为潜在的蓝色磷光材料,意味着取代基的位置对于发光颜色的影响微乎其微;(3)与在咪唑环上添加取代基相比,在苯环的对位上添加取代基更利于提高铱配合物的量子效率和磷光性能。
【关键词】：有机电致发光 铱配合物 密度泛函 磷光性能 量子效率
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 有机电致发光简介12-15
• 1.1.1 有机电致发光的发展历史12-13
• 1.1.2 有机电致发光器件的结构与原理13-14
• 1.1.3 有机电致发光现象中涉及的基本术语14-15
• 1.2 有机电致发光材料15
• 1.3 有机金属配合物发光材料15-17
• 1.3.1 配体-中心发光配合物15-16
• 1.3.2 金属-中心发光配合物16
• 1.3.3 电荷转移跃迁发光配合物16-17
• 1.4 过渡金属配合物磷光材料17-18
• 1.5 研究意义与内容18-22
• 1.5.1 研究意义18-19
• 1.5.2 研究内容19-22
• 参考文献22-26
• 第二章 配体取代基对蓝色磷光铱配合物的光电性质的影响26-50
• 2.1 引言26-27
• 2.2 计算方法27-28
• 2.3 结果与讨论28-43
• 2.3.1 基态和最低三重激发态的几何结构28-31
• 2.3.2 电子结构31-33
• 2.3.3 电致发光性能的比较33-36
• 2.3.4 吸收光谱36-38
• 2.3.5 磷光光谱38-39
• 2.3.6 磷光量子效率39-43
• 2.4 结论43-44
• 参考文献44-50
• 第三章 以苯基吡啶和吡啶三唑为配体的铱配合物的结构与光电性质之间关系的理论研究50-72
• 3.1 引言50-52
• 3.2 理论背景与计算细节52-53
• 3.2.1 理论背景52-53
• 3.2.2 计算细节53
• 3.3 结果与讨论53-65
• 3.3.1 基态（S_0）和最低三重激发态（T_1）的几何构型53-55
• 3.3.2 前线分子轨道（FMO）的特征55-57
• 3.3.3 吸收光谱57-59
• 3.3.4 磷光光谱59-60
• 3.3.5 电致发光性能60-61
• 3.3.6 磷光量子效率61-65
• 3.4 结论65-67
• 参考文献67-72
• 第四章 取代基的种类和位置对苯基咪唑系列一元铱配合物的光电性质的影响72-96
• 4.1 引言72-74
• 4.2 计算方法74
• 4.3 结果与讨论74-91
• 4.3.1 基态和最低三重激发态的分子几何74-78
• 4.3.2 基态的电子结构78-79
• 4.3.3 吸收光谱79-81
• 4.3.4 磷光光谱81-83
• 4.3.5 电致发光性能83-84
• 4.3.6 磷光量子效率84-89
• 4.3.7 一元和二元金属铱配合物的比较89-91
• 4.4 结论91-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文96-98
• 致谢98-99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 汪欣;方磊;王丽;;两种4-氨基安替比林席夫碱-Pt(Ⅱ)配合物电子光谱性质的理论研究[J];化学研究;2015年05期

2 汪欣;方磊;何朝政;杨大纲;;两种8-羟基喹啉锌配合物电子结构和光谱性质的理论研究[J];化学研究;2015年04期

3 廖奕,苏忠民,陈亚光,阚玉和,段红霞,仇永清,王荣顺;8-羟基喹啉铍及其衍生物电子光谱性质的含时密度泛函理论研究[J];高等学校化学学报;2003年03期

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本文编号：841858