CN116082375A - 一种硼氮化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硼氮化合物及其应用，本发明的硼氮化合物为含咔唑类骨架的双核BN衍生物，通过构筑双核策略实现BN衍生物光谱的有效红移，本发明涉及的基于含咔唑骨架的双核硼氮化合物作为窄光谱发光材料用于制备有机电致发光器件的发光层，由此制备的有机电致发光器件实现了窄光谱TADF发射。
Description
技术领域
本发明属于有机电致发光技术领域，涉及一种硼氮化合物及其应用。
背景技术
有机光电材料(Organic Optoelectronic Materials)是一类具有光子和电子的产生、转换和传输等特性的有机材料。目前，有机光电材料可控的光电性能已经应用于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、有机太阳能电池(OrganicPhotovoltage，OPV)、有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistor，OFET)，甚至是有机激光器。近年来，OLED成为国内外非常热门的新型平面显示器产品。OLED显示器具有自发光、广视角、短反应时间、高发光效率、广色域、低工作电压、面板薄、可制作大尺寸可挠曲的面板且成本低的特点，被誉为21世纪的明星平面显示产品。
关于有机电致发光的历史，可以追溯到1953年Bernanose等的报道(见PapkovskiD.B.Sens.andAchuators B.,1995,29,213.)。约10年后，与1963年，纽约大学的Pope等在蒽的晶体上施加电压，可以观察到蒽的荧光发射。(见M.Pope,H.Kallmann and P.Magnante,J.Chem.Phys.,1963,38,2042)。1987年，美国Kodak公司的C.W.Tang等人采用超薄膜技术以空穴传输效果较好的芳香胺作为空穴传输层，以8-羟基喹啉的铝配合物作为发光层，以氧化铟锡(ITO)薄膜和金属合金分别作为阳极和阴极，制备了发光器件。该器件在10V驱动电压下得到了亮度高达1000cd/m2的绿光发射，器件的效率为1.5lm/W(见C.W.Tang andS.A.VanSlyke，Appl.Phys.Lett.，1987，51，913)。这一突破性进展使得有机电致发光研究在世界范围内迅速深入地开展起来。1990年，剑桥大学的Burroughes等提出了第一个以高分子(PPV)为基的发光二极管。表明PPV在单层器件中，可作为具有高度荧光的发射材料，它有着较高的发光效率(见Burroughes J.H.,Bradley D.D.C.,BrownA.R.,Marks R.N.,Mackay K.,Friend R.H,Burns P.L.,Holmes A.B.Nature,1990,347,539.)。1998年Princeton大学的Baldo、Forrest等报道了第一个基于电致发光的磷光器件，它在原则上可以有100％的内量子产率。(见M.A.Baldo，D.F.O'Brienetal.，Nature，1998，395，151).但一方面磷光材料普遍使用铱铂等贵金属，价格昂贵，另一方面对于深蓝光磷光材料来说其仍存在着化学不稳定性，器件在高电流密度下效率滚降较大等问题，所以开发一种使用廉价稳定的有机小分子材料而又能实现高效率发光的OLED器件显得极为重要。
2012年，九州大学的Adachi研究组报道了基于热活化延迟荧光(TADF)机理的高效全荧光型OLED器件。(Uoyama H,Goushi K,Shizu K,et al.Highly efficient organiclight-emitting diodes from delayed fluorescence[J].Nature,2012,492(7428):234-238.)当分子的S1与T1能级差足够小时，三重态激子可以吸收热能，经过RISC过程回到单重态，进而发射荧光，其器件的内量子效率(IQE)理论上可以达到100％，外量子效率(EQE)甚至高达30％，比肩磷光器件的水平。TADF材料作为下一代发光材料，其研究正方兴未艾。
TADF分子主要作为客体材料掺杂在宽禁带主体材料中实现高效率的热活化延迟荧光(见Q.Zhang,J.Li,K.Shizu,S.Huang,S.Hirata,H.Miyazaki,C.Adachi,J.Am.Chem.Soc.2012,134,14706；H.Uoyama,K.Goushi,K.Shizu,H.Nomura,C.Adachi,Nature.,2012,492,234；T.Nishimoto,T.Yasuda,S.Y.Lee,R.Kondo,C.Adachi,Mater.Horiz.,2014,1,264)。和传统荧光分子局域(LE)态发光不同，TADF发射主要源自ICT态的跃迁，因此容易受到给受体间振、转运动的影响，致使光谱较宽。较宽的光谱虽然有利于照明上的应用，但却不能够满足显示领域高色纯度的要求。而OLED最主要的用途在于显示，所以TADF材料的窄光谱设计(即较小半峰宽，FWHM)显得十分必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硼氮化合物及其应用，本发明的硼氮化合物为含咔唑类骨架的双核BN衍生物，旨在解决TADF发光分子的缺陷，并通过构筑双核策略实现BN衍生物光谱的有效红移，本发明涉及的基于含咔唑骨架的双核硼氮化合物作为窄光谱绿光发光材料用于制备有机电致发光器件的发光层，由此制备的有机电致发光器件实现了窄光谱TADF发射。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种硼氮化合物，所述硼氮化合物具有如下式I或式II所示结构：
R1和R2独立地为H、C1～C16烷基、C6～C12芳基或C5～C12杂芳基。
Rm为H、D(氘)、氟、CN、C1～C20烷基、C1～C20烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Ra取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Ra取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Ra取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Ra取代的三苯胺基；
Ra每次出现时独立地为D(氘)、氟、CN、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Rb取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Rb取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Rb取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Rb取代的三苯胺基；
Rb每次出现时独立地为D(氘)、氟、CN、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Rc取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Rc取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Rc取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Rc取代的三苯胺基；
Rc每次出现时独立地为D(氘)、氟、CN、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Rd取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Rd取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Rd取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Rd取代的三苯胺基；
Rd每次出现时独立地为D(氘)、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基或者被一个或多个Re取代的C6～C14芳基；
Re每次出现时独立地为D(氘)、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、或者C6～C14芳基。
所述烷基、烷氧基、环烷基、芳基、杂芳基任选取代有一个或多个选自以下的取代基：卤素、-CN、C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤代烷基、C2-C6烯基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和5-至18-元杂芳基。
在一个实施方案中，所述Rm为H、D(氘)、氟、C1-C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷基取代的C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的芳基、二苯胺基、三苯胺基、或者被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基。
在一个实施方案中，所述Ra每次出现时独立地为D(氘)、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷基取代的C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的苯基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基。
在一个实施方案中，所述Rb每次出现时独立地为D(氘)、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、被至少一个C1-C12烷基取代的苯基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的苯基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基。
在一个实施方案中，所述Rc每次出现时独立地为D(氘)、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、被至少一个C1-C12烷基取代的苯基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的苯基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基。
在一个实施方案中，所述Rd每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷基取代的C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的C6～C14芳基。
在一个实施方案中，所述Rm为H、D(氘)、氟、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、己基、辛基、癸基、
甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、
环己基、金刚烷基、苯基、4-甲基-苯基、4-乙基-苯基、4-丙基-苯基、4-异丙基苯基、4-正丁基苯基、
其中波浪线代表基团的连接位点。
在一些优选的实施方案中，所述Rm为H、甲基、
苯基、
其中波浪线代表基团的连接位点。
在一个实施方案中，R1和R2独立地为H、甲基、乙基、苯基、吡啶基或
在本发明的某一实施方案中，所述硼氮化合物为如下化合物中的任意一种：
本发明所涉及到的硼氮化合物的合成基本工艺路线如下：
其中：
原料B-1为
原料B-II为
其中X为卤素，优选溴。
另一方面，本发明提供一种有机电致发光材料，所述有机电致发光材料包括如上所述的硼氮化合物。
另一方面，本发明提供一种有机电致发光器件，所述有机电致发光器件包含阳极和阴极以及置于所述阳极和阴极之间的有机薄膜层，所述有机薄膜层包括发光层、任选的空穴注入层、任选的空穴传输层、任选的电子传输层、任选的电子注入层，其中所述发光层、电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层中的至少一层包含如上所述的硼氮化合物。
在本发明中，所述具有式I或式II所示的结构的硼氮化合物可作为功能材料用于有机电致发光器件的发光层、电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层中的至少一层中。
在一个实施方案中，本发明的有机电致发光器件还可以包括任选的空穴阻挡层、任选的电子阻挡层和任选的封盖层等。
在一种实施方案中，有机电致发光器件具有如图1所示的结构，其中，1为ITO阳极，2为空穴注入层，3为空穴传输层，4为发光层，5为电子传输层，6为电子注入层，7为金属阴极。
在某一实施方案中，所述的具有式I或式II所示的结构的硼氮化合物用于制备有机电致发光器件中的发光层。
在某一实施方案中，所述有机电致发光器件中还包括基板，以及依次形成在基板上的阳极层、有机发光功能层和阴极层；所述的有机发光功能层中，包括含如上所述硼氮化合物的发光层，还可包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层和电子注入层中的任意一种或者多种的组合。
另一方面，本发明提供了一种有机电致发光组合物，其包括作为掺杂材料的如上所述的式I或式II所示结构的硼氮化合物和主体材料；
优选地，所述主体材料是具有电子传输能力和/或空穴传输能力并且其三重激发态能量要高于或等于掺杂材料的三重激发态能量的材料。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物中的主体材料为如式(H-1)至(H-6)所示的咔唑衍生物和/或咔啉衍生物。
其中X1、Y1和Z1为CH或N，并且X1、Y1和Z1中至多有一个为N。
其中R1H和R2H独立地为下面的任一基团：
其中X1、Y1和Z1为CH或N，并且X1、Y1和Z1中至多有一个为N；
其中RaH和RbH独立地为H、C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、C6-C20芳基、C1-C20烷基取代的C6-C20芳基或C1-C20烷氧基取代的C6-C20芳基。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物中，优选含有0.3-30.0wt％(重量百分含量)的如上所述的式I或式II所示结构的硼氮化合物作为掺杂材料，其余99.7-70.0wt％成分是式(H-1)至(H-6)中的1-2种化合物构成的主体材料。
在本发明的一种实施方案中，所述主体材料含有2种式(H-1)至(H-6)中的化合物，两种化合物的重量比为1:5至5:1，例如1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物中的主体材料为化合物H1-1至H1-427中的1-2种。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物中，含有0.3-30.0wt％(重量百分含量)如上所述的式I或式II所示结构的硼氮化合物，其余99.7-70.0wt％成分是化合物H1-1至H1-427中的1-2种化合物。
在本发明的一种优选实施方案中，有机电致发光组合物中含有式H1-1至H1-427中的2种化合物作为主体材料，这两种化合物的重量比为1:5至5:1，例如1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为式I或式II所示结构硼氮化合物中的任意一种(含量为0.3wt-30.0wt％)；主体材料(含量为99.7wt-70.0wt％)为由如式Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A或Trz6-A所示化合物中任一种和式H-1至H-6所示化合物中任一种构成。
在一种优选的实施方案中，主体材料中Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A或Trz6-A所示化合物与H-1、H-2、H-3、H-4、H-5或H-6所示化合物之间的重量比为1:5至5:1，例如1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等。
其中R1a、R1b、R2a、R2b、R3a和R3b中的1个或2个独立为RTz，余者相同或者不同独立地为氢、氘、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基、C6-C18芳基、C1-C8烷基取代的C6-C18芳基或C1-C8烷氧基取代的C6-C18的芳基；RTz为如下式所示的取代基团中的任何一种：
其中星号代表基团的连接位点。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为如上所述的式I或式II所示结构的硼氮化合物中的任意一种(含量为0.3wt-30.0wt％)；主体材料(含量为99.7wt-70.0wt％)为由如式TRZ-1至TRZ-76所示化合物中任一种和式H1-1至H1-427所示咔唑或咔啉衍生物中任一种构成。
在一种优选的实施方案中，主体材料中所述式TRZ-1至TRZ-76所示化合物与所述咔唑或咔啉衍生物之间的重量比为1:5至5:1，例如1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等。
另一方面，本发明提供了一种有机电致发光材料，所述有机电致发光材料包括如上所述的有机电致发光组合物。
另一方面，本发明提供一种有机电致发光器件，所述有机电致发光器件包含阳极和阴极以及置于所述阳极和阴极之间的有机薄膜层，所述有机薄膜层包括发光层、任选的空穴注入层、任选的空穴传输层、任选的电子传输层、任选的电子注入层，其中所述发光层、电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层中的至少一层包含如上所述的有机电致发光组合物。
在本发明中，所述有机电致发光组合物可作为功能材料用于有机电致发光器件的发光层、电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层中的至少一层中。
在本发明的某一实施方案中，所述有机电致发光器件中的发光层的材料包含如上所述的有机电致发光组合物。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物为发光层，发光层的发光原理是基于主体材料到式I或式II所示任一化合物能量转移或发光材料本身的载流子捕获。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物为发光层；所述有机电致发光组合物中的主体材料可为如式(H-1)至(H-6)所示的咔唑衍生物和/或咔啉衍生物。在一种优选的实施方案中，所述有机电致发光组合物中，含有0.3-30.0wt％式I或式II所示的任一化合物，其余99.7-70.0wt％成分是式(H-1)至(H-6)中的1-2种化合物构成的主体。例如，当主体含有2种式(H-1)至(H-6)中的化合物时，两种化合物的重量比为1:5至5:1。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物为发光层；所述组合物中的主体材料为化合物H1-1至H1-427中的1-2种。在一种优选的实施方案中，所述的有机电致发光组合物中，含有0.3-30.0wt％式I或式II所示的任一化合物，其余99.7-70.0wt％成分是化合物H1-1至H1-427中的1-2种化合物。例如，当组合物中含式H1-1至H1-427中的2种化合物时，这两种化合物的重量比为1:5至5:1。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物为发光层；所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为式I或式II所示的任一种化合物(含量为0.3wt-30.0wt％)；主体材料(含量为99.7wt-70.0wt％)由如式Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A或Trz6-A化合物中任一种和式H-1至H-6所示化合物中任一种构成。例如，在所述主体材料中，Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A或Trz6-A化合物与H-1、H-2、H-3、H-4、H-5或H-6所示化合物之间的重量比为1:5至5:1。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物为发光层；所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为式I或式II所示的任一种化合物(含量为0.3wt-30.0wt％)；主体材料(含量为99.7wt-70.0wt％)由如式TRZ-1至TRZ-76所示1,3,5-三嗪衍生物中任一种和式H1-1至H1-427所示咔唑或咔啉衍生物中任一种构成。例如在所述主体材料中，1,3,5-三嗪衍生物与咔唑或咔啉衍生物之间的重量比为1:5至5:1。
在本发明的某一实施方案中，所述的有机电致发光组合物为发光层；所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为式BN1至BN180所示的任一种化合物(含量为0.3wt-30.0wt％)；主体材料(含量为99.7wt-70.0wt％)由如式Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A、和Trz6-A化合物中任一种和式H1-1至H1-427所示咔唑或咔啉衍生物中任一种构成。例如在所述主体材料中，如式Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A、和Trz6-A化合物与式H1-1至H1-427所示咔唑或咔啉衍生物之间的重量比为1:5至5:1。
在本发明的某一实施方案中，所述有机电致发光器件中还包括基板，以及依次形成在基板上的阳极层、有机发光功能层和阴极层；所述的有机发光功能层中，包括含如上所述的有机电致发光组合物的发光层，还可包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层和电子注入层中的任意一种或者至少两种的组合。
另一方面，本发明提供了一种所述的有机电致发光器件在有机电致发光显示器或有机电致发光照明光源中的应用。
术语说明
除非另外定义，否则本文中所用的全部技术与科学术语均具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如本文所用，术语“含有”或“包括(包含)”可以是开放式、半封闭式和封闭式的。换言之，所述术语也包括“基本上由…构成”、或“由…构成”。
基团定义
在本说明书中，可由本领域技术人员选择基团及其取代基以提供稳定的结构部分和化合物。当通过从左向右书写的常规化学式描述取代基时，该取代基也同样包括从右向左书写结构式时所得到的在化学上等同的取代基。
本说明书所用的章节标题仅用于组织文章的目的，而不应被解释为对所述主题的限制。本发明中引用的所有文献或文献部分包括但不限于专利、专利申请、文章、书籍、操作手册和论文，均通过引用方式整体并入本文。
除非另有规定，本文使用的所有技术术语和科学术语具有要求保护主题所属领域的标准含义。倘若对于某术语存在多个定义，则以本文定义为准。
应该理解，在本发明中使用的单数形式，如“一种”，包括复数指代，除非另有规定。此外，术语“包括”是开放性限定并非封闭式，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。
除非另有说明，本发明采用质谱、元素分析的传统方法，各步骤和条件可参照本领域常规的操作步骤和条件。
除非另有指明，本发明采用分析化学、有机合成化学和光学的标准命名及标准实验室步骤和技术。在某些情况下，标准技术被用于化学合成、化学分析、发光器件性能检测。
本发明的化合物可以在一个或多个构成该化合物的原子上包含非天然比例的原子同位素。例如，可用放射性同位素标记化合物，比如氘(2H)。本发明的化合物的所有同位素组成的变换，无论放射性与否，都包括在本发明的范围之内。
本发明中，如无特殊说明，所述的“取代”的个数可为一个或多个；当为多个时，意指两个以上，例如可为2个、3个或4个。并且，当所述的“取代”的个数为多个时，所述的“取代”可相同或不同。本发明中，“取代”的位置，如未做特别说明，位置可为任意。
在本发明中，作为基团或是其它基团的一部分(例如用在卤素取代的烷基等基团中)，术语“烷基”意指包括具有指定碳原子数目的支链和直链的饱和脂族烃基。例如，C1～C20烷基包括直链或者支链的具有1-20个碳原子的烷基。如在“C1～C6烷基”中定义为包括在直链或者支链结构中具有1、2、3、4、5、或者6个碳原子的基团。例如，本发明中，所述的C1～C6烷基各自独立地为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基；其中，丙基为C3烷基(包括同分异构体，例如正丙基或异丙基)；丁基为C4烷基(包括同分异构体，例如正丁基、仲丁基、异丁基或叔丁基)；戊基为C5烷基(包括同分异构体，例如正戊基、1-甲基-丁基、1-乙基-丙基、2-甲基-1-丁基、3-甲基-1-丁基、异戊基、叔戊基或新戊基)；己基为C6烷基(包括同分异构体，例如正己基或异己基)。
本文使用的术语“烷氧基”指分别经由氧键(-O-)连接的如上定义的烷基。
在本发明中，作为基团或是其它基团的一部分，术语“Cn-m芳基”是指具有n个至m个环碳原子的单环或多环芳族基团(环原子仅为碳原子)，其具有至少一个具有共轭π电子体系的碳环。上述芳基单元的实例包括苯基、萘基、茚基、薁基、芴基、菲基、或者蒽基。在一种实施方案中，所述芳基优选为C6-14芳基，例如苯基和萘基，更优选为苯基。
在本发明中，作为基团或是其它基团的一部分，术语“n-m元杂芳基”是指环原子包含一个或者多个(例如1、2、3和4个)选自氮、氧和硫的杂原子的芳族基团，其环原子为n个至m个，所述杂芳基为单环、二环、三环或者四环体系，其中至少一个环为芳环。在此定义范围内的杂芳基包括但不限于：吖啶基、咔唑基、噌啉基、喹喔啉基、吡唑基、吲哚基、苯并***基、呋喃基、噻吩基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、喹啉基、异喹啉基、噁唑基、异噁唑基、吡嗪基、哒嗪基、吡啶基、嘧啶基、吡咯基、四氢喹啉、咪唑基、***基、四唑基、噻唑基、异噻唑基、呋咱基、噻二唑基、噁二唑基、吡啶基、吡嗪基、哒嗪基、嘧啶基、三嗪基、嘌呤基、喋啶基、萘啶基、喹唑啉基、酞嗪基、咪唑并吡啶基、咪唑并噻唑基、咪唑并噁唑基、苯并噻唑基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、异吲哚基、吲唑基、吡咯并吡啶基、噻吩并吡啶基、呋喃并吡啶基、苯并噻二唑基、苯并噁二唑基、吡咯并嘧啶基、噻吩并呋喃基。在一种实施方案中，作为“5～18元杂芳基”的优选实例，可列举呋喃基、噻吩基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、吡唑基、噁唑基、异噁唑基、异噻唑基、吡啶基、嘧啶基和咔唑基，更优选为咔唑基。
本文所用术语Cn-Cm环烷基是指具有n至m个碳原子的单环或者多环烷基，例如3-C10环烷基和C3-C6环烷基。实例包括金刚烷基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和二环庚基。在一个实施方案中，C3-C10环烷基优选为金刚烷基或者环己基。
在本发明中所述基团的限定碳数范围意指包括在所限定范围内的任意整数的碳原子数，例如C1～C20指的是所述基团的碳原子数可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，C3-C10指的是所述基团的碳原子数可以为3、4、5、6、7、8、9或10，其他基团的限定碳数范围类推。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。本发明所用试剂和原料均市售可得。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的硼氮化合物采用双核策略实现BN衍生物光谱的有效红移，本发明的含咔唑骨架的双核硼氮化合物具有窄光谱，作为窄光谱发光材料用于制备有机电致发光器件的发光层，由此制备的有机电致发光器件实现了窄光谱TADF发射，并且使得器件的电致发光外量子效率高达24％以上。
附图说明
图1为效果实施例1-2所采用的器件结构示意图，其中，1为ITO阳极，2为空穴注入层，3为穴传输层，4为发光层，5为电子传输层，6为电子注入层，7为金属阴极。
图2为化合物BN41在甲苯溶液(浓度：1X10-5M)中的光致发光光谱。
图3为化合物BN50在甲苯溶液(浓度：1X10-5M)中的光致发光光谱。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在本发明的某一实施方案中，合成如式I与II所示化合物除底物2-溴-1,3-二氟苯外，其他所利用的原料如下：
具体采用的原料如下
相对分子量在1000以下的分子质谱数据(Mass Spectra:MS)由Thermo Fisher公司的ITQ1100离子阱型气相色谱-质谱联用仪测得，相对分子量在1000以上的分子质谱数据由Bruker公司的Autoflex Speed基质辅组激光解析飞行时间质谱联用仪测得。终产物的元素分析采用的机器为Elemental analysis公司的Flash EA1112。
样品薄膜的紫外-可见吸收光谱由PerkinElmer公司的LAMBDA 35型紫外可见分光光度计测得。荧光光谱由日本Shimadzu公司的RF-5301PC荧光光度计测得，测试时选取的激发波长为最大吸收波长。
合成实施例
以化合物BN41为例说明合成实施例实验具体细节：
第一步，将60ml含有15.2g 3,6-双(4-(叔丁基)苯基)-9H-咔唑(35.2mmol)10.24g碳酸铯(52.8mmol)，3.26g 2-溴-1,3-二氟苯(17.0mmol)加入250ml双口圆底烧瓶中，向其加入80ml的无水DMF溶液。反应体系在160℃下搅拌24小时，然后冷却至室温，倒入冰水(2L)中。抽滤出白色固体，在真空中干燥，然后使用二氯甲烷/石油醚(1：3)的混合洗脱液通过柱色谱法进一步纯化，得到13g中间体1a，为白色固体(产率79％)。
第二步，在氮气氛围保护下，将19.4mL叔丁基锂的正己烷溶液(25.2mmol)缓慢加入到含12.8g中间体1a(12.6mmol)的100mL叔丁基苯溶液中(-30℃)。缓慢升温到60℃，搅拌2小时后，真空除去正己烷，然后冷却到-30℃，加入2.4mL三溴化硼(6.3mmol)，将反应混合物在室温下搅拌1小时。接着在0℃下加入15.6mLN，N-二异丙基乙胺(91.1mmol)，然后将反应混合物升至130℃下继续搅拌5小时后，冷却至室温。向反应混合物中加入5ml甲醇以淬灭残留的BBr3。将反应体系真空浓缩，并通过柱色谱法用二氯甲烷/石油醚(1:2)的混合物洗脱液纯化，得到4.2克亮绿色固体中间体1b(产率34％)。
第三步，室温下，将4.1g中间体1b(6.5mmol)、1.7g联硼酸频那醇酯(13mmol)加入到四氢呋喃(60mL)中，将混合物用氮气鼓泡10分钟，并在高流量氮气下加入34.9mg 4,4'-二叔丁基-2,2'-联吡啶(0.13mmol)和43.1mg甲氧基(环辛二烯)合铱二聚体(0.065mmol)。搅拌10分钟后，将混合物加热至回流并搅拌24小时。待反应体系冷却至室温后，直接减压浓缩，柱层析纯化，得到4.17g中间体1c(产率85％)。
第四步，将4.5g中间体1c(6mmol)，2.0g碳酸钾(15mmol)，0.8gB1(2.5mmol)加入到四氢呋喃(35ml)中，再加入8ml蒸馏水，用氮气鼓泡5分钟，并在高氮气流下加入207.9mg四三苯基膦钯(0.18mmol)，将混合物加热至回流并搅拌24小时，待体系冷却至室温后，减压浓缩，柱层析纯化，得到1.5g终产物BN41(产率40％)。
按照与BN41相同的合成方法来制备其他化合物，具体使用的原料以及产物的元素分析(化合物中C、H和N百分含量)、质谱测试分子量及合成反应产率数据如表1所示。
表1
电致发光器件实施例
下面给出一些代表性的电致发光器件实施例，器件实施例所涉及的一些材料分子结构如下：
以下利用本发明的材料制备电致发光器件实施例，具体的器件制备工艺如下：
(1)基片处理：透明ITO玻璃作为制备器件的基底材料，后先以5％ITO洗液超声处理30min，之后依次以蒸馏水(2次)、丙酮(2次)、异丙醇(2次)超声洗涤，最后将ITO玻璃保存在异丙醇中。每次使用前，先用丙酮棉球和异丙醇棉球小心擦拭ITO玻璃表面，待异丙醇冲洗后烘干，之后用等离子体处理5min备用。器件的制备利用旋涂与真空蒸镀工艺相结合完成。
(2)空穴注入层合空穴传输层制备：首先在ITO表面旋涂一层厚度为20nm的PEDOT:PSS(聚3,4-亚乙基二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐，该材料从德国Heraeus公司购买直接使用)作为空穴注入层，然后在空穴注入层上旋涂50nm厚的Poly-HTL作为空穴传输层，然后将带有空穴注入层和空穴传输层的ITO玻璃置于氮气保护的手套箱中200℃退火30分钟(使Poly-HTL发生交联)。
(3)发光层制备：将主体材料与发光材料按照97wt％:3wt％(wt％为重量百分比浓度)比例溶于二甲苯配制成浓度为2wt％的溶液，利用配好的溶液通过旋涂发制备发光层，发光层的厚度为50nm。
(4)电子传输层、电子注入层与金属电极的制备：采用蒸镀工艺制备电子传输层、电子注入层与金属电极，当真空蒸镀***的真空度达到5×10-4Pa以下时开始蒸镀，沉积速率由赛恩斯膜厚仪，利用真空蒸镀工艺在发光层上依次沉积有机电子传输层、LiF电子注入层和金属Al电极(具体器件结构见如下效果实施例)。其中，有机材料的沉积速率为
LiF的沉积速率为
Al的沉积速率为
器件实施例A1-A90
在器件实施例A1-A90中的有机电致发光器件(结构如图1所示)中，PEDOT:PSS作为空穴注入层使用、Poly-HTL作为空穴传输层使用、在发光层中H1-48作为主体材料使用、BN-1至BN-618分别作为掺杂发光材料使用(掺杂浓度为2wt％)、TmPyPB被用作电子传输材料使用、LiF作为电子注入层使用、Al作为金属阴极使用。效果实施例有机电致发光器件结构为[ITO/PEDOT:PSS(20nm)/Poly-HTL(50nm)//H1-33+3wt％BNn/TRZ-8(50nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)]。
器件的电流、电压、亮度、发光光谱等特性采用Photo Research PR 655光谱扫描亮度计和Keithley K 2400数字源表***同步测试。器件的性能测试在室温、环境气氛下进行。器件的外量子效率(EQE)是按照发光为朗勃分布的情况下，由电流密度、亮度和电致光谱结合视见函数计算得出。
测试结果如表2所示。
表2
表2中列出的电致发光器件效果实施数据证明，本发明提供的发光材料可以用来制备高效率有机电致发光器件，而且电致发光光谱具有窄谱带特性，电致发光光谱的半峰宽小于60nm，电致发光外量子效率高达24.4％以上。
器件实施例B1-B90
在器件实施例B1-B90中的有机电致发光器件中，在效果实施例2中的有机电致发光器件(结构如图1所示)中，PEDOT:PSS作为空穴注入层使用、Poly-HTL作为空穴传输层使用、在发光层中H1-33与TRZ-8混合物作为主体材料使用(H1-33与TRZ-8的重量混合比例为1:1)、BNn分别作为掺杂发光材料使用(掺杂浓度为3wt％)、TRZ-8被用作电子传输材料使用、LiF作为电子注入层使用、Al作为金属阴极使用。效果实施例有机电致发光器件结构为[ITO/PEDOT:PSS(20nm)/Poly-HTL(50nm)/H1-33:TRZ-8+3wt％BNn/TRZ-8(50nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)]。
同样对器件效果进行测试，测试其电致发光光谱的峰位以及半峰宽，以及电致发光外量子效率，测试结果如表3所示。
表3
表3中列出的电致发光器件效果实施数据证明，本发明提供的发光材料可以用来制备高效率有机电致发光器件，而且电致发光光谱具有窄谱带特性，电致发光光谱的半峰宽小于60nm，电致发光外量子效率高达26.5％以上。
图2为化合物BN41在甲苯溶液(浓度：1X10-5M)中的光致发光光谱，由图2可见，发光峰位为497nm，半峰宽为22nm。
图3为化合物BN50在甲苯溶液(浓度：1X10-5M)中的光致发光光谱，由图3可见，发光峰位为490nm，半峰宽为23nm。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的硼氮化合物及其应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种硼氮化合物，所述硼氮化合物具有如下式I或式II所示结构：
R1和R2独立地为H、C1～C16烷基、C6～C12芳基或C5～C12杂芳基；
Rm为H、氘、氟、CN、C1～C20烷基、C1～C20烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Ra取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Ra取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Ra取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Ra取代的三苯胺基；
Ra每次出现时独立地为氘、氟、CN、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Rb取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Rb取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Rb取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Rb取代的三苯胺基；
Rb每次出现时独立地为氘、氟、CN、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Rc取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Rc取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Rc取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Rc取代的三苯胺基；
Rc每次出现时独立地为氘、氟、CN、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被一个或多个Rd取代的C6～C14芳基、5-至18-元杂芳基、被一个或多个Rd取代的5-至18-元杂芳基、二苯胺基、或者被一个或多个Rd取代的二苯胺基、三苯胺基、或者被一个或多个Rd取代的三苯胺基；
Rd每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基或者被一个或多个Re取代的C6～C14芳基；
Re每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、或者C6～C14芳基；
所述烷基、烷氧基、环烷基、芳基、杂芳基任选取代有一个或多个选自以下的取代基：卤素、-CN、C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤代烷基、C2-C6烯基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和5-至18-元杂芳基。
2.根据权利要求1所述的硼氮化合物，其特征在于，所述Rm为H、D(氘)、氟、C1-C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷基取代的C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的C6～C14芳基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基；
优选地，所述Ra每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、被至少一个C1-C12烷基取代的苯基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的苯基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基；
优选地，所述Rb每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、被至少一个C1-C12烷基取代的苯基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的苯基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基；
优选地，所述Rc每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、被至少一个C1-C12烷基取代的苯基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的苯基、二苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的二苯胺基、三苯胺基、被至少一个C1-C12烷基取代的三苯胺基、咔唑基、被至少一个C1-C12烷基取代的咔唑基；
优选地，所述Rd每次出现时独立地为氘、氟、C1～C12烷基、C1～C12烷氧基、C3-C10环烷基、C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷基取代的C6～C14芳基、被至少一个C1-C12烷氧基取代的C6～C14芳基；
优选地，所述Rm为H、氘、氟、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、己基、辛基、癸基、
甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、
环己基、金刚烷基、苯基、4-甲基-苯基、4-乙基-苯基、4-丙基-苯基、4-异丙基苯基、4-正丁基苯基、
3.根据权利要求1或2所述的硼氮化合物，其特征在于，所述Rm为H、甲基、
苯基、
其中波浪线代表基团的连接位点；
优选地，R1和R2独立地为H、甲基、乙基、苯基、吡啶基或
4.根据权利要求1-3中任一项所述的硼氮化合物，其特征在于，所述硼氮化合物为如下化合物中的任意一种：
5.一种有机电致发光组合物，其特征在于，其包括作为掺杂材料的如权利要求1-4中任一项所述的硼氮化合物和主体材料；
优选地，所述主体材料是具有电子传输能力和/或空穴传输能力并且其三重激发态能量要高于或等于掺杂材料的三重激发态能量的材料；
优选地，所述的有机电致发光组合物中的主体材料为如式(H-1)至(H-6)所示的咔唑衍生物和/或咔啉衍生物：
其中X1、Y1和Z1为CH或N，并且X1、Y1和Z1中至多有一个为N；
其中R1H和R2H独立地为下面的任一基团：
其中X1、Y1和Z1为CH或N，并且X1、Y1和Z1中至多有一个为N；
其中RaH和RbH独立地为H、C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、C6-C20芳基、C1-C20烷基取代的C6-C20芳基或C1-C20烷氧基取代的C6-C20芳基；
优选地，所述的有机电致发光组合物中，优选含有0.3-30.0wt％的如权利要求1-4中任一项所述的硼氮化合物作为掺杂材料，其余99.7-70.0wt％成分是式(H-1)至(H-6)中的1-2种化合物构成的主体材料；
优选地，所述主体材料含有2种式(H-1)至(H-6)中的化合物，两种化合物的重量比为1:5至5:1；
优选地，所述的有机电致发光组合物中的主体材料为化合物H1-1至H1-427中的1-2种；
优选地，所述的有机电致发光组合物中，含有0.3-30.0wt％如权利要求1-4中任一项所述的硼氮化合物，其余99.7-70.0wt％成分是化合物H1-1至H1-427中的1-2种化合物；
优选地，所述有机电致发光组合物中含有式H1-1至H1-427中的2种化合物作为主体材料，这两种化合物的重量比为1:5至5:1。
6.根据权利要求5所述的有机电致发光组合物，其特征在于，所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为式I或式II所示结构硼氮化合物中的任意一种；主体材料为由如式Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A或Trz6-A所示化合物中任一种和式H-1至H-6所示化合物中任一种构成；
其中R1a、R1b、R2a、R2b、R3a和R3b中的1个或2个独立为RTz，余者相同或者不同独立地为氢、氘、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基、C6-C18芳基、C1-C8烷基取代的C6-C18芳基或C1-C8烷氧基取代的C6-C18的芳基；RTz为如下式所示的取代基团中的任何一种：
其中星号代表基团的连接位点；
优选地，主体材料中Trz1-A、Trz2-A、Trz3-A、Trz4-A、Trz5-A或Trz6-A所示化合物与H-1、H-2、H-3、H-4、H-5或H-6所示化合物之间的重量比为1:5至5:1。
7.根据权利要求5或6所述的有机电致发光组合物，其特征在于，所述的有机电致发光组合物中的掺杂材料为如上所述的式I或式II所示结构的硼氮化合物中的任意一种；主体材料为由如式TRZ-1至TRZ-76所示化合物中任一种和式H1-1至H1-427所示咔唑或咔啉衍生物中任一种构成；
优选地，主体材料中所述式TRZ-1至TRZ-76所示化合物与所述咔唑或咔啉衍生物之间的重量比为1:5至5:1。
8.一种有机电致发光材料，其特征在于，所述有机电致发光材料包括如权利要求1-4中任一项所述的硼氮化合物或如权利要求5-7中任一项所述的有机电致发光组合物。
9.一种有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件包含阳极和阴极以及置于所述阳极和阴极之间的有机薄膜层，所述有机薄膜层包括发光层、任选的空穴注入层、任选的空穴传输层、任选的电子传输层、任选的电子注入层，其中所述发光层、电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层中的至少一层包含如权利要求1-4中任一项所述的硼氮化合物或如权利要求5-7中任一项所述的有机电致发光组合物；
优选地，所述发光层包含如权利要求1-4中任一项所述的硼氮化合物或如权利要求5-7中任一项所述的有机电致发光组合物；
优选地，所述有机电致发光器件还包括任选的空穴阻挡层、任选的电子阻挡层和任选的封盖层。
10.根据权利要求9所述的有机电致发光器件在有机电致发光显示器或有机电致发光照明光源中的应用。
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| CN202111274999.5A CN116082375A (zh) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | 一种硼氮化合物及其应用 |
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