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基于Zn(Ⅱ)-Ln(Ⅲ)的不对称希夫碱配合物的光致近红外发光及电致发光器件的研究

魏涛  
【摘要】: 稀土离子(4f)的近红外(NIR)特征发光近年来日一起了人们的广泛关注,主要是由于其在传感器、激光、光纤通讯、生物成像等方面具有显著的潜在应用价值。为了激发钕(Ⅲ)、铒(Ⅲ)、镱(Ⅲ)等镧系金属离子的近红外发光,克服镧系金属离子中宇称禁阻的f-f跃迁,人们设计了各种天线基团来敏化其特征发光。 本论文采用Zn(Ⅱ)的不对称希夫碱化合物作为发色团来敏化稀土离子的近红外发光,合成了24个新的Zn-Ln二核或多核化合物,并系统研究了其光致发光性质;并用筛选得到的化合物作为近红外发光二极管(OLED)的发光层主体材料,初步考察了其电致发光性能。 首先,用甲基-乙二胺与邻香草醛反应得到了不对称希夫碱(H2L1),以H2L1的Zn(Ⅱ)化合物[ZnL'Py](1)为前驱体,合成了Zn-Ln系列二核化合物[Zn(L1)Ln(N03)3Py](Ln=Nd,2;Ln=Yb,3;Ln=Er,4;Ln=Gd,5),确定了该系列化合物的的分子结构,并研究了其能量传递的规律;同时将重原子Br引入到H2L1得到H2L2,在此基础上合成了有重原子效应的Zn-Ln系列二核化合物[Zn(L2)Ln(N03)3Py](Ln=Nd,7;Ln=Yb,8;Ln=Er,9;Ln=Gd,10),并确定了其分子结构和光物理性质。 第二,用3-苯甲酰基-邻苯二胺与邻香草醛或溴代邻香草醛反应而得到两个不对称希夫碱H2L3和H2L4,分别以Zn(Ⅱ)配合物[ZnL3Py](11)和[ZnL4Py](16)为前驱体,合成得到Zn-Ln系列配合物(化合物Ln=Nd,12;Ln=Yb,13;Ln=Er, 14;Ln=Gd,15;化合物Ln=Nd,17;Ln=Yb,18;Ln=Er,19;Ln=Gd,20),利用光谱学的手段对H2L3和H2L4的Zn(II)-Ln(III)配合物结构进行分析,确定其结构并且研究了其他们的光物理性质。 第三,基于以上思考,用3-羟基-邻苯二胺而得到另外两个配体H3L5和H3L6,“一锅法”直接合成两者的锌-吡啶化合物[ZnHL5Py](21)和[ZnHL6Py](22),以此为前驱体合成他们的Zn-Ln配合物[Zn2(L5)Ln2(N03)4(Py)2(DMF)2](Ln=Nd, 23;Ln=Yb,24;Ln=Er,25;Ln=Gd,26)和[Zn2(L6)Ln2(N03)4(DMF)4](Ln=Nd, 27;Ln=Yb,28;Ln=Er,29;Ln=Gd,30),并确定了其分子结构、电子吸收光谱、电子发射光谱、量子产率及荧光寿命及天线基团对稀土离子的能量传递速率常数,并考察了重原子及吡啶对该体系化合物的红外发光性能的影响。 第四,从以上系列化合物中选取代表性的化合物[Zn(L2)Yb(NO3)3Py] (8)掺杂CuPc作为发光层的主体材料制作红外发光器件。器件结构为ITO/TPD(40 nm)/CuPc(x%, x= 0,5,10,15):8 (30 nm)/TPBI/LiF:Al (1:150 nm),电致发光位置在λem= 980 nm,表明这类化合物在近红外有机发光二极管中具有潜在的应用价值。


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