CN110590790A - 一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料及其制备方法及有机电致发光器件 - Google Patents

一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料及其制备方法及有机电致发光器件 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料及其制备方法及有机电致发光器件，所述空穴传输材料的分子结构式如下所示：

Description

一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料及其制备方法及有机电 致发光器件
技术领域
本申请涉及有机光电材料领域，尤其涉及一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料及其制备方法及有机电致发光器件。
背景技术
有机电致发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)以其主动发光不需要背光源、发光效率高、可视角度大、响应速度快、温度适应范围大、生产加工工艺相对简单、驱动电压低、能耗小、更轻更薄、柔性显示等优点以及巨大的应用前景，吸引了众多研究者的关注。
OLED器件的材料按照功能分，可分为空穴注入材料、空穴传输材料、空穴阻挡材料、发光主体材料、发光客体材料、电子注入材料、电子传输材料、电子阻挡材料、金属阴极和光耦合输出材料。对于目前使用的顶发射OLED器件中，空穴传输材料作为最厚的一层(量产材料消耗量最大)，其能级以及空穴迁移率一直存在矛盾的关系，因此，急需开发一种具有匹配能级和高迁移率的空穴传输材料。
发明内容
本申请实施例提供一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料及其制备方法及有机电致发光器件，提供了一种具有匹配能级和高迁移率的空穴传输材料。
本申请实施例提供了一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其分子结构式如下所示：
其中，R为给电子基团。
可选的，R表示为吖啶基或其衍生物、吩噁嗪基或其衍生物、具有一个或多个选自N、O及Si的杂原子的五元或六元杂环芳香基。
可选的，R表示为取代或未取代的二烷基氨基、取代或未取代的烷基氨基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的酰胺基、取代或未取代的酰氧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的羧基甲基、取代或未取代的苯基或者羟基；其中取代基为烷基或卤素。
可选的，R表示为下列结构式中的任意一种：
可选的，所述空穴传输材料的分子结构式如下所示：
本申请实施例还提供了一种上述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料的制备方法，包括以下步骤：
在含碱性醇盐的有机溶剂中，在钯类催化剂和三叔丁基膦四氟硼酸盐的催化作用下，含螺并三苯胺的原料与R的氢化物反应制得所述基于螺并三苯胺的空穴传输材料；其中，所述含螺并三苯胺的原料的分子结构式如下所示：
式中，X为氯、溴、碘或砹。
可选的，所述在含碱性醇盐的有机溶剂中，在钯类催化剂和三叔丁基膦四氟硼酸盐的催化作用下，含螺并三苯胺的原料与R的氢化物反应制得所述基于螺并三苯胺的空穴传输材料，包括以下步骤：
在反应容器中加入含螺并三苯胺的原料、R的氢化物、钯类催化剂和三叔丁基膦四氟硼酸盐；其中，所述含螺并三苯胺的原料与所述R的氢化物的摩尔比为1:1～1:1.5；
通过手套箱向所述反应容器中加入碱性醇盐，以形成碱性环境；
在惰性气体氛围下向所述反应容器中加入有机溶剂，以溶解所述反应容器内的物质；
在110℃～130℃下反应12小时～36小时，得到反应液；以及
对所述反应液进行分离提纯得到所述基于螺并三苯胺的空穴传输材料。
可选的，所述碱性醇盐包括叔丁醇钠或者叔丁醇钾；所述有机溶剂包括甲苯；所述钯类催化剂包括醋酸钯。
本申请实施例还提供了一种有机电致发光器件，包括相对设置的阳极和阴极，以及设置在所述阳极和所述阴极之间的空穴传输层；
所述空穴传输层的材料包括上述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料。
可选的，所述有机电致发光器件还包括依次设置在所述空穴传输层和所述阴极之间的发光层、电子传输层和电子注入层，以及设置在所述阳极和所述空穴传输层之间的空穴注入层。
本申请的有益效果为：本申请提供了一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料，由于螺并三苯胺具有强的给电子能力且具有相对共平面的结构，有利于获得具有合适的HOMO/LUMO能级的空穴传输材料，且螺并三苯胺配上其他给电子基团R，使得获得的空穴传输材料具有较高的空穴迁移率。从实验数据可知，本申请提供的基于螺并三苯胺的空穴传输材料的HOMO能级可达到-5.65eV左右，与P型掺杂的空穴传输材料的HOMO能级相匹配，且基于螺并三苯胺的空穴传输材料应用在有机电致发光器件中具有较高的空穴传输效率，提高了有机电致发光器件的器件效率。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的一种有机电致发光器件的结构示意图。
具体实施方式
为了更详细叙述本申请，特举以下例子，但是不限于此。
实施例1
本申请实施例提供了一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其分子结构式如下所示：
其中，R为给电子基团。
具体的，R表示为吖啶基或其衍生物、吩噁嗪基或其衍生物、具有一个或多个选自N、O及Si的杂原子的五元或六元杂环芳香基；例如，R表示为下列结构式中的任意一种：
具体的，R还可以表示为取代或未取代的二烷基氨基、取代或未取代的烷基氨基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的酰胺基、取代或未取代的酰氧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的羧基甲基、取代或未取代的苯基或者羟基；其中取代基为烷基或卤素；且R为轴对称结构。
本实施例中，提供了一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料，由于螺并三苯胺具有强的给电子能力且具有相对共平面的结构，有利于获得具有合适的HOMO/LUMO能级的空穴传输材料，且螺并三苯胺配上其他给电子基团R，使得获得的空穴传输材料具有较高的空穴迁移率。
实施例2
本申请实施例提供了一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其分子结构式如下所示：
本实施例中，化合物1、化合物2和化合物3都含有螺并三苯胺，由于螺并三苯胺具有强的给电子能力且具有相对共平面的结构，有利于获得具有合适的HOMO/LUMO能级的空穴传输材料，且螺并三苯胺结合的吩噁嗪、9,9’-二甲基吖啶和9,9’-二苯基吖啶均为给电子基团，使得上述三种空穴传输材料具有较高的空穴迁移率。
实施例3
化合物1的制备方法：
向250mL的二口烧瓶中加入原料(2.74g，5mmol)，吩噁嗪(1.10g，6mmol)，醋酸钯(Pd(OAc)2，90mg，0.4mmol)和三叔丁基膦四氟硼酸盐((t-Bu)3HPBF4，0.34g，1.2mmol)，然后在手套箱中向上述二口烧瓶中加入叔丁醇钠(NaOt-Bu，0.58g，6mmol)，在氩气氛围下向上述二口烧瓶中加入100mL除水除氧的甲苯(Tol)，在120℃下反应24小时(h)，反应结束后，先将得到的反应液冷却至室温，然后将反应液倒入200mL冰水中，采用二氯甲烷萃取至少三次，合并有机相，旋成硅胶，然后经过柱层析(二氯甲烷:正己烷，v:v，1:3)分离纯化，得白色粉末状产物(2.0g，产率为61％)，经质谱检测(MS(EI)m/z:[M]+:651.32)确认得到的白色粉末状产物为化合物1。
其中，化合物1的制备路线如下所示：
实施例4
化合物2的制备方法：
向250mL的二口烧瓶中加入原料(2.74g，5mmol)，9,9’-二甲基吖啶(1.25g，6mmol)，醋酸钯(Pd(OAc)2，90mg，0.4mmol)和三叔丁基膦四氟硼酸盐((t-Bu)3HPBF4，0.34g，1.2mmol)，然后在手套箱中向上述二口烧瓶中加入叔丁醇钠(NaOt-Bu，0.58g，6mmol)，在氩气氛围下向上述二口烧瓶中加入100mL除水除氧的甲苯(Tol)，在120℃下反应24小时(h)，反应结束后，先将得到的反应液冷却至室温，然后将反应液倒入200mL冰水中，采用二氯甲烷萃取至少三次，合并有机相，旋成硅胶，然后经过柱层析(二氯甲烷:正己烷，v:v，1:3)分离纯化，得白色粉末状产物(2.2g，产率为65％)，经质谱检测(MS(EI)m/z:[M]+:677.21)确认得到的白色粉末状产物为化合物2。
其中，化合物2的制备路线如下所示：
实施例5
化合物3的制备方法：
向250mL的二口烧瓶中加入原料(2.74g，5mmol)，9,9’-二苯基吖啶(2.00g，6mmol)，醋酸钯(Pd(OAc)2，90mg，0.4mmol)和三叔丁基膦四氟硼酸盐((t-Bu)3HPBF4，0.34g，1.2mmol)，然后在手套箱中向上述二口烧瓶中加入叔丁醇钠(NaOt-Bu，0.58g，6mmol)，在氩气氛围下向上述二口烧瓶中加入100mL除水除氧的甲苯(Tol)，在120℃下反应24小时(h)，反应结束后，先将得到的反应液冷却至室温，然后将反应液倒入200mL冰水中，采用二氯甲烷萃取至少三次，合并有机相，旋成硅胶，然后经过柱层析(二氯甲烷:正己烷，v:v，1:3)分离纯化，得白色粉末状产物(2.8g，产率为67％)，经质谱检测(MS(EI)m/z:[M]+:801.40)确认得到的白色粉末状产物为化合物3。
其中，化合物3的制备路线如下所示：
实施例6
如图1所示，本申请实施例提供了一种有机电致发光器件100，包括依次设置的阳极10、空穴注入层20、空穴传输层30、发光层40、电子传输层50、电子注入层60、阴极70以及光耦合输出层80；其中，空穴传输层30的材料包括上述基于螺并三苯胺的空穴传输材料，例如化合物1、化合物2或化合物3。
具体的，空穴传输层30和发光层40之间还可以设置电子阻挡层(图中未示出)；发光层40和电子传输层50之间还可以设置空穴阻挡层(图中未示出)。
具体的，有机电致发光器件100包括顶发射型有机电致发光器件，对应的，阳极10包括依次设置的第一ITO(Indium Tin Oxides，氧化铟锡)层、Ag金属层和第二ITO层，且阴极70为半透明电极。
表一为化合物1、化合物2和化合物3的电化学能级。
表一
HOMO(eV) LUMO(eV)
化合物1 -5.68 -2.51
化合物2 -5.61 -2.53
化合物3 -5.63 -2.52
表一结果表明，实施例2至实施例5提供的三种化合物的HOMO能级都在-5.65eV左右，与P型掺杂的空穴传输材料的HOMO能级(-5.50eV)较匹配，说明实施例2至实施例5提供的化合物1、化合物2和化合物3可以作为空穴传输材料。
表二为分别以化合物1、化合物2和化合物3作为空穴传输层的材料时，对应的各有机电致发光器件(表中简称为器件)的器件性能。
表二结果表明，由实施例2至实施例5提供的三种化合物分别制备的机电致发光器件都具有较高的器件性能(空穴迁移率高)，这是由于这些化合物的能级都在-5.65eV左右，与P型掺杂的空穴传输材料的HOMO能级(-5.50eV)较匹配；同时，由表一和表二可知，随着HOMO能级的逐渐下降(化合物1>化合物3>化合物2)，器件的最大外量子效率逐渐升高：化合物2>化合物3>化合物1。
综上所述，虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其特征在于，其分子结构式如下所示：
其中，R为给电子基团。
2.如权利要求1所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其特征在于，R表示为吖啶基或其衍生物、吩噁嗪基或其衍生物、具有一个或多个选自N、O及Si的杂原子的五元或六元杂环芳香基。
3.如权利要求1所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其特征在于，R表示为取代或未取代的二烷基氨基、取代或未取代的烷基氨基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的酰胺基、取代或未取代的酰氧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的羧基甲基、取代或未取代的苯基或者羟基；其中取代基为烷基或卤素。
4.如权利要求1所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其特征在于，R表示为下列结构式中的任意一种：
5.如权利要求1所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料，其特征在于，其分子结构式如下所示：
6.一种如权利要求1至5任一项所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在含碱性醇盐的有机溶剂中，在钯类催化剂和三叔丁基膦四氟硼酸盐的催化作用下，含螺并三苯胺的原料与R的氢化物反应制得所述基于螺并三苯胺的空穴传输材料；其中，所述含螺并三苯胺的原料的分子结构式如下所示：
式中，X为氯、溴、碘或砹。
7.如权利要求6所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述在含碱性醇盐的有机溶剂中，在钯类催化剂和三叔丁基膦四氟硼酸盐的催化作用下，含螺并三苯胺的原料与R的氢化物反应制得所述基于螺并三苯胺的空穴传输材料，包括以下步骤：
在反应容器中加入含螺并三苯胺的原料、R的氢化物、钯类催化剂和三叔丁基膦四氟硼酸盐；其中，所述含螺并三苯胺的原料与所述R的氢化物的摩尔比为1:1～1:1.5；
通过手套箱向所述反应容器中加入碱性醇盐，以形成碱性环境；
在惰性气体氛围下向所述反应容器中加入有机溶剂，以溶解所述反应容器内的物质；
在110℃～130℃下反应12小时～36小时，得到反应液；以及
对所述反应液进行分离提纯得到所述基于螺并三苯胺的空穴传输材料。
8.如权利要求6所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述碱性醇盐包括叔丁醇钠或者叔丁醇钾；所述有机溶剂包括甲苯；所述钯类催化剂包括醋酸钯。
9.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括相对设置的阳极和阴极，以及设置在所述阳极和所述阴极之间的空穴传输层；
所述空穴传输层的材料包括如权利要求1至5任一项所述的基于螺并三苯胺的空穴传输材料。
10.如权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件还包括依次设置在所述空穴传输层和所述阴极之间的发光层、电子传输层和电子注入层，以及设置在所述阳极和所述空穴传输层之间的空穴注入层。
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