不同取代基对铼(I)三羰基配合物电子结构和光谱性质影响的理论研究

摘要

随着国民经济的飞速发展，在人类社会生活中全彩显示和固态照明扮演着越来越重要的角色，同时也引起了学术和商业界的研究兴趣。为了满足人们对节能、环保的需求，新的照明材料被不断地研究。有机发光二极管(OLED)器件因其具有大面积显示、高亮度、快响应、可弯曲、构造简单、省电、无污染等优点已成为最有前景的显示器和固体照明用具。对新型 OLED发光材料的合成和性能的优化将进一步推动显示技术与照明技术的发展。另外不管 OLED应用于显示还是照明领域，其器件效率及发光色纯度都是人们关注的焦点。
　　近几十年来，由于重金属配合物具有良好的光物理性质、电化学性质和理论上内量子效率可达到100％使其电致磷光材料备受关注，特别过渡金属铼(I)配合物的OLED发光材料。这类配合物有较高的室温磷光量子效率、较短的激发态寿命、出色的热稳定性和可调节的发光颜色等优点。到目前为止，实验上已合成了大量的铼(I)配合物，并系统地研究了其晶体结构和光物理性质，但相关的理论研究较少。
　　本论文的出发点正是基于目前 OLED发光材料存在的问题和铼(I)配合物发光特性展开的。在实验合成的基础上采用量子化学计算方法从微观电子结构角度出发，深入剖析取代基效应对含不同辅助配体铼(I)配合物的基态和激发态电子结构、前线分子轨道、吸收和发射光谱、电离能、电子亲和能、重组能和磷光量子产率的影响。从本质上揭示了电子结构与光物理性质的关系，通过调整取代基来改善配合物的性质，进一步预测所设计配合物的材料性能，为新型高效发光材料的设计、合成和应用提供理论指导。主要内容如下：
　　1.采用 DFT/TDDFT方法研究不同取代基对含咪唑[4,5-f]-1,10-邻二氮杂菲配体(N^N配体)铼(I)三羰基配合物结构、吸收光谱和光物理性质的影响。计算结果表明，不同取代基的数目和位置对 LUMO影响较大，进而影响配合物的吸收光谱和电荷注入或传输能力。与配合物1相比，N^N配体上引入-C≡C(配合物2,3,4)会降低LUMO能级，而引入-CH3,-OCH3(配合物5,6,7)会使HOMO能级升高。基团引入到R2位置时产生的影响比R1位置的大。它们的最低能量吸收峰变化顺序是：7<6<5<1<2<3<4。另外，配合物4的空穴和电子重组能的差值最小，表明其更适合做OLED的发光源。
　　2.利用DFT/TDDFT方法对一系列fac-[Re(CO)3(L)(R-N^N)](L=Br;N^N=叔丁基化吡啶四唑配体;R=-H,1;-NO2,2;-CN,3;-OCH3,4;-CH3,5)的Re(I)配合物结构、光谱性质、光物理性质以及磷光量子产率进行了研究。结果表明，吸电子基团会使LUMO的能级减小，能级差变小，从而引起吸收和发射光谱红移，而给电子基团会引起相应光谱蓝移，且引入基团的给电子能力越强，配合物光谱蓝移越明显。它们的光谱会随着溶剂极性的减小而发生红移。所有配合物中，配合物4的电荷传输平衡能力更强，且磷光量子产率也可能较高，故最有可能成为有效的OLED磷光材料。
　　3.理论研究了不同取代基对含嘧啶基取代苯并咪唑环配体Re(I)三羰基配合物的结构、吸收和发射光谱性质以及作为OLED发光材料的性能的影响。研究结果显示，给电子基团(-NH2、-OCH3)和-F会提高LUMO的能级，导致HOMO-LUMO能级差变大，从而使配合物的光谱发生蓝移；吸电子基团-NO2会使光谱发生明显的红移。同时，引入基团的给电子能力越强，光谱蓝移越明显。值得注意的是配合物2、3的发射光呈蓝绿色，它们的电荷传输平衡能力强且磷光量子产率也可能较高。因此，配合物2、3可能成为OLED蓝色或绿色磷光材料理想选择。

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1 绪论

1.1有机发光二极管概述

1.3 铼(I)配合物发光材料简介

1.4 本论文的研究意义和主要内容

2 理论基础与计算方法

2.1 分子轨道理论

2.2前线分子轨道理论

2.3 电子激发态理论

2.4密度泛函理论

2.5计算基组

2.6极化连续介质模型

2.7 Gausssian软件简介

3 不同取代基对咪唑[4,5-f]-1,10 邻二氮杂菲配体的铼(I)配合物电子结构和光物理性质影响的密度泛函理论研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4取代基效应对含吡啶四唑配体的铼(I)三羰基配合物电子结构和光谱性质影响的理论研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果和讨论

4.4 小结

5 不同基团对含嘧啶基取代的苯并咪唑环配体铼(I)配合物作为OLED发光材料的性能影响的理论研究

5.1引言

5.2量子化学计算方法

5.3结果与讨论

5.4小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录