基于吩噁嗪给体荧光材料的合成及性能研究开题报告

经过几十年的发展，OLED越来越受到人们的广泛关注，部分材料已经实现了量产和应用。最新的市场研究数据显示，目前的OLED市场份额已经达到300亿美元，部分产品已经实现商品化和产业化，主要应用于智能手机、电视、可穿戴产品以及固态照明等领域（如图1.1）。今天的OLED能成为炙手可热的研究对象，其发展也经历了漫长的历史过程。在上世纪六十年代初期，法国Nancy大学物理化学家A. Bernanose开创了有机电致发光研究的先河，被学术界冠以“OLED之父”的美誉。1987年，柯达公司的研究员邓青云等人的科研成果进一步推动了OLED 的研究热潮，使其在色彩还原度、反应速度以及耗电量等方面都充分展示了OLED 的优势。此外，OLED在半导体照明领域也有着广泛的应用。据统计，全球大约有20%的用电量消耗在照明上。如果将白光有机电致发光二极管（WOLED）广泛应用于照明领域，不仅可以减少电力消耗，还可以减少对环境的污染，最终达到节能减排的目的。

在制作OLED器件时，选用合适的电极材料、发光材料和其他合适的功能层材料是优化落件结构的重要方式。为了提高器件效率和被小能量损耗，OLED器件结构由起初的单层结构发展成为含有多个功能层的多层结构。

OLED的发光过程可被分为如下四个步骤: (1) 载流子(电子和空穴)的注入:当器件的阴、阳两极施加适当的正向外加偏压，电子和空穴从阴、阳两极克服与邻近层之间的界面势垒到达电子与空穴各自的传输层; (2)载流子迁移:在外加电场的作用下，电子和空穴在有机功能层中跳跃式相向传递，即从一个分子的HOM0 (或LUMO)轨道跳跃至另一个分子的HOMO (或LUMO)轨道，最终使载流子在界面不断地积累并向发光层迁移; (3) 激子的形成:随着发光层中电子和空穴不断地增加，促进两者在该层的结合，进而形成激发态的激子; (4) 激子辐射发光:在发光层中处于激发态的激子不能稳定存在，以辐射跃迁的形式回到基态进而发光。

发光材料:发光材料是有机电致发光器件中最重要的一类材料，包括传递能量的主体材料和具备发光性能的客体材料。主体材料除了具有传递能量的基本功能外，还可以起到稀释发光客体的作用,进而抑制客体的浓度淬灭。主体材料需要满足如下条件:(1)为了让三线态激子在发光客体上复合，主体材料的三线态能量(Er) 必须高于客体材料的Er;(2)主体材料需具有一定的电子和空穴传输能力;(3)主体材料的HOMO和LUMO能级应与邻近有机功能层材料的能级相匹配;(4)主体材料需要具备良好的热稳定性和成膜性。目前，较为常用的主体材料包括DPEPO、mCP和CBP等。客体发光材料应满足以下条件:(1)发光材料的能级要与掺杂主体和邻近的功能层能级相匹配，以保证载流子顺利传输; (2) 发光材料的三线态能级(ET)应低于主体材料的Er,防止能量回传影响器件的发光性能; (3) 发光量子效率高且发射光谱在可见光区，即400 nm~ -760 nm之间; (4) 理想的成膜性、热稳定性和光学稳定性; (5) 分子量介于500至2000之间，易于化学结构修饰、选择范围宽和易于提纯。

本文的着重点为发光材料，包括主体材料和客体材料。按照激子利用率的不同，客体材料可分为荧光材料和磷光材料。荧光材料(或荧光分子)由于三重态自旋受阻，只可利用单重态激子发光，理论内量子效率(IQE)仅为25%，激子利用率较低。磷光材料可以同时利用25%的单重态激子和75%的三重态激子而发光,理论内量子效率(IQE)可以达到100%。Forrest等人于1998年首次报道了一类以铂和铱为核的金属配合物类磷光材料。铂和铱等重金属强化了轨道的自旋耦合作用,从而促进了由三重激发态(T1)到基态(So)的磷光发射,提高了磷光有机电致发光器件(PhOLED)的性能，引领OLED步入崭新的发展时期。随着PhOLED的发展，昂贵的重金属铂和铱的需求量逐年增加，高额的成本限制了OLED的持续性发展和应用。此外，蓝色磷光材料较难获得且稳定性差，致使磷光材料难以实现高效而稳定的全色发光。基于以上两类材料的局限性，经过研究人员的不断探索，新一代的热活化延迟荧光材料(TADF)应运而生，该材料可被分为配位金属为锡和铜的TADF材料、富勒烯衍生物型的TADF材料、有机和无机混合的TADF材料川、电子给体与受体混合的基激复合物型材料、聚合物型材料、小分子受体型材料和D-A型小分子材料。以上诸多类型的发光材料是TADF的杰出代表。

给受体(D-A)型的发光材料是目前TADF材料中研究较为热门的一类材料，由于该种材料研究成本相对较低、易于获得，且具备较强协调发光颜色的能力，在蓝、绿和红光材料方面的发光效率远超于其他类别的TADF功能材料，所以，受到广泛的关注。

参考了相关资料，因此本课题以吩噁嗪为给体，吡嗪为供体材料合成一种新的荧光材料。在此基础上，对合成材料的结构、热力学、形态学和光物理性能进行表征分析。分析电流效率、发光效率、驱动电压和器件寿命等关键性能，探索含吩噁嗪发光材料对有机发光器件性能的影响，为制备高性能的有机发光器件提供依据。

具体研究内容如下：

1、利用现代科技文献的查阅方法和手段，如Internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究光电功能材料的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行综合、分析、研究。在此基础上，设计合成含吩噁嗪为给体荧光材料制备含吩噁嗪级团发光材料，拟定出具体实验方案，写出开题报告，通过实验训练培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研能力。

参考合成路线如下：

2、对合成的产物结构进行表征（¹H NMR、IR、元素分析等）。

3、对所合成的产物光电性能进行初步的评价。

本课题的预期目标是在查阅文献的基础上，设计制备含吩噁嗪基团发光材料，研究确定具体的合成工艺条件，在此基础上，对合成材料的结构、热力学、形态学和光物理性能进行表征分析。探索含吩噁嗪发光材料对有机发光器件性能的影响，为制备高性能的有机发光器件提供依据。

实验步骤：

1.对氟苯甲酰氯和吡嗪在氯化铝的催化作用下生成（4—卤代苯基）—吡嗪—2—甲酮

2.酮与吩噁嗪以甲苯为溶剂，通过叔丁醇钠消除副产物，在三（二亚苄基丙酮）二钯与三叔丁基四氟硼酸盐的催化下反映得到产物。

研究方法：

1、对合成的产物结构进行表征（¹H NMR、IR、元素分析等）：

利用质子核磁共振波谱进行产物结构的判断；

利用红外光谱仪检测产物吸收的红外光的频率，通过特征峰对分子

结构进行分析；

利用元素定性分析鉴定产物中是否含有氮、硫和卤素。

2、对所合成的产物光电性能进行初步的评价：

利用循环伏安(CV)法检测产物的电化学性质；

利用荧光分光光度计测定产物的荧光光谱数据；

通过热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)研究产物的热稳定性。

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