多重氢键自组装铱配合物电致磷光材料的设计合成和性能研究

与小分子磷光材料相比，电致磷光聚合物可以有效避免相分离，并具有良好的加工性能，因而近年来倍受关注。但是现有的电致磷光聚合物材料的纯度及结构规整性难以保证，且蓝色磷光材料稀缺，导致器件的性能较差。本研究工作拟在电致磷光材料的分子结构中引入多重氢键自组装体系，构建具有主客体结构的新型氢键自组装聚集体铱配合物电致磷光材料。通过选择具有合适共轭度和能级结构的主客体单元，载流子传输单元，以及具有合适结合常数的多重氢键自组装体系，可实现主客体间的有效能量转移、降低磷光客体单元的浓度猝灭和三线态激子湮灭、改善材料的载流子迁移特性、提高功能膜的有序程度。有望获得一类结构新颖的电致磷光材料，其兼具小分子材料纯度高、结构明确和聚合物材料主客体分散均匀、加工性好等优点。此项目的完成在研究分子结构和光电性能的关系，探索有机电致磷光器件中的能量转移机制等方面具有重要的理论和实践意义。

与真空蒸镀器件相比，溶液加工器件由于能制备大面积、柔性器件，工艺简单，成本低廉等优点而倍受关注。但电致磷光聚合物材料的纯度及批次重现性难于保证，而小分子掺杂体系则会不可避免地产生相分离的问题。通过本项目的研究工作，我们合成了一系列新型铱配合物磷光客体材料。得到了具有良好成膜性、热稳定性的适于溶液加工的高性能电致磷光材料，并发现向配体的合适部位引入苯基取代基是解决问题的有效策略。获得了最大电流效率为17.2 cdA-1，最大亮度为28270 cdm-2的电致磷光器件，为目前综合性能最好的单层溶液加工橙光器件。首次发现中性铱配合物在微晶状态下可作为高性能氧气传感器，获得了对氧气表现出高猝灭效率（0.87）及线性SV响应的传感器分子，并发现这类配合物的氧猝灭效率与其晶体中的空腔比例及通道大小并不呈现正相关。成功地获得了具有不同结合常数、发光客体单元、主体单元的五种氢键自组装电致发光材料，其中三种为电致荧光材料，两种为电致磷光材料。与不带有自组装体系的小分子对照物相比，目标组装体系的固体发光效率、成膜性、热稳定性等均有显著改善，电致发光性能也得到了大幅度的提升。以具有“主/客体”结构的四重氢键自组装红光磷光材料为发光材料的全溶液加工双层器件，在其掺杂浓度为40 wt%时，器件的启亮电压为5.3 V，最大亮度可达6300 cdm-2，最大电流效率为7.0 cdA-1，是很有前景的新型电致磷光材料。其发光性能比基于小分子磷光材料的对照器件有显著改善（6.8 V，4040 cdm-2，4.30 cdA-1），表明将多重氢键自组装体系引入至电致磷光材料的分子结构中，可在改善发色团的浓度猝灭和三重态-三重态湮灭问题的同时，提高材料的溶液加工性能和功能膜的有序程度，并能实现主体与客体单元间的有效能量传递。由于超分子聚集体不存在结构缺陷，易于提纯，且可通过组装体有效地“铆定”客体发光单元而降低相分离，可克服聚合物和小分子发光材料的缺点，因此是一类有前景的电致发光材料。上述工作对于理解材料的分子结构与光电性能的内在联系，探索高性能的电致磷光材料及氧气传感器等方面具有重要的学术和实践意义。