含B-N相互作用的偶氮苯強(qiáng)熒光材料和雙色單一聚合物白色有機(jī)電致發(fā)光材料的理論研究.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光材料已經(jīng)成為國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)。利用量子化學(xué)方法研究有機(jī)電致發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系已成為材料科學(xué)中不可或缺的重要手段。本論文的目的在于利用量子化學(xué)手段,選擇合適的模型與方法,對(duì)發(fā)光機(jī)制進(jìn)行模擬和解釋,并在此基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)光分子進(jìn)行有目的的化學(xué)修飾,對(duì)其電子性質(zhì)、光譜性質(zhì)、傳輸性質(zhì)和穩(wěn)定性進(jìn)行理論預(yù)測(cè),從理論上評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)分子的性能,為新型電致發(fā)光材料的分子設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本論文的研究工作主要包括以下四方面內(nèi)容:
　　

2、 1.采用從頭算和密度泛函方法,對(duì)兩種發(fā)光基團(tuán)(聚芴(PFn)為藍(lán)光主體材料;2,1,3-苯并噻二唑衍生物(OMC-CH3)為橙光摻雜劑)組成的單一聚合物白光體系的發(fā)光機(jī)制進(jìn)行理論模擬和解釋。計(jì)算結(jié)果表明,OMC-CH3的HOMO和LUMO能級(jí)處于PFn的HOMO和LUMO能級(jí)之間,說(shuō)明從PFn到OMC-CH3進(jìn)行部分能量轉(zhuǎn)移是可行的,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。在理論模擬的發(fā)射光譜中,短波區(qū)強(qiáng)度高的發(fā)射峰來(lái)自PF4的藍(lán)光發(fā)射,長(zhǎng)波區(qū)強(qiáng)度低的

3、發(fā)射峰來(lái)自O(shè)MC-CH3的橙光發(fā)射。長(zhǎng)波區(qū)出現(xiàn)的發(fā)射峰是由PF4到OMC-CH3發(fā)生的部分能量轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的。OMC-CH3的吸收光譜與PF4的發(fā)射光譜存在交迭也模擬出單一聚合物雙色體系能夠發(fā)生部分能量轉(zhuǎn)移的另一個(gè)特征。事實(shí)證明,我們的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好,同時(shí)也證明了計(jì)算中我們采用的理論計(jì)算方法和基組是可靠的,為下一步的分子設(shè)計(jì)提供有效手段。
　　 2.采用已確定的理論計(jì)算方法和基組,設(shè)計(jì)并計(jì)算了雙色單一聚合物白光體系中,

4、母體橙光分子的π-橋苯環(huán)上“CH”/N取代對(duì)電子性質(zhì)、光譜性質(zhì)以及電荷傳輸性質(zhì)的影響。計(jì)算結(jié)果表明,“CH”/N取代對(duì)HOMO和LUMO能量(EHOMO和ELUMO)的影響與N原子的取代位置有關(guān),而且雙N原子取代衍生物(OMC-NNx)比單N原子取代衍生物(OMC-Nx)顯示出更明顯的N原子取代效應(yīng)。OMC-NNx的最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)(λabs和λem)比相應(yīng)的OMC-Nx的λabs/λem小。Λabs/λem的變化可以歸凼于能隙(Eg

5、)的變化。通過(guò)在OMC-Nx和OMC-NNx單元引入給電子取代基R(R=-CH3,-OCH3,-NH2,-N(CH3)2)進(jìn)行電子和光譜性質(zhì)微調(diào)后,大部分H/R取代衍生物可以作為PFn為藍(lán)光主體材料的WPLEDs中的橙光摻雜劑分子。由于具有較小的空穴重組能,母體和所設(shè)計(jì)的分子可以作為OLEDs中的空穴傳輸材料。
　　 3.我們把環(huán)并二噻吩(CPDT)和芴(F)分別引入到母體橙光分子的骨架中,同時(shí)把CPDT中的8和F中的9位置上的

6、碳原子分別由硼,硅,氮,氧,硫和硒雜原子取代,得到了兩大類衍牛物OMC-Ar1和OMC-Ar2。采用已確定的理論計(jì)算方法和基組,預(yù)測(cè)了電子性質(zhì)、光譜性質(zhì)、電荷傳輸性質(zhì)以及穩(wěn)定性的變化趨勢(shì)。計(jì)算結(jié)果表明,與母體分子相比,OMC-Ar1和OMC-Ar2的EHOMO(除了OMC-CZT)和ELUMO降低。與母體分子相比,OMC-Ar1的λabs和λem分別發(fā)生了紅移,OMC-Ar2的λabs和λem則分別發(fā)牛了藍(lán)移。兩類衍生物的λabs和λe

7、m的變化可以歸因于Eg的變化。在每一類衍生物中雜原子硅、氮、氧、硫、硒的變化對(duì)Eg,λabs和λem的影響較小。由硼原子取代引起的光譜性質(zhì)的不同變化與吸收和發(fā)射過(guò)程中Eg的變化或CPDT→CPDT/F→F躍遷的程度有關(guān),其中后者的影響更明顯。通過(guò)在CPDT和F取代衍生物中引入給電子取代基R(R=-CH3,-OCH3,-NH2)進(jìn)行電子和光譜性質(zhì)微調(diào)后,大部分H/R取代衍生物可以作為PFn為藍(lán)光主體材料的WPLEDs中的橙光摻雜劑分子。由

8、于具有較小的空穴重組能或具有較小的空穴和電子重組能的差值,所有分子可以作為OLEDs中的空穴或雙極性電荷傳輸材料。靜電勢(shì)能結(jié)果表明F取代衍生物的穩(wěn)定性要高于CPDT取代衍生物的穩(wěn)定性。
　　 4.在含B-N相互作用的偶氮苯強(qiáng)熒光母體分子(GM)中,通過(guò)引入給/吸電子取代基或苯并雜環(huán)或聯(lián)苯的方式調(diào)節(jié)母體的電子和光譜性質(zhì),尤其是調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度的變化,從而確定進(jìn)一步提高發(fā)光強(qiáng)度的有效方式,從理論上獲得性能更好的熒光材料。在研究電子和光譜

9、性質(zhì)的同時(shí),我們也研究了所有分子的電荷傳輸性質(zhì)以及穩(wěn)定性。與母體分子相比,單、雙取代分子的EHOMO,ELUMO,Eg,λabs,λem和f值呈現(xiàn)出規(guī)律性變化趨勢(shì)?？紤]溶劑效應(yīng)后,和氣相情況相比,f值普遍增大(除了GM-X-NO2和GM-Y-NO2)。通過(guò)與GM-X-OCH3的吸收和發(fā)射光譜的f值相比較,我們分別得到了氣相和考慮溶劑效應(yīng)后的吸收或發(fā)射光譜發(fā)光強(qiáng)度大于GM-X-OCH3的分子,研究結(jié)果顯示雙取代方式是提高光譜發(fā)光強(qiáng)度更為有