[发明专利]新型苝酰亚胺类环金属铱配合物的合成及其利用溶液浓度调控荧光-磷光双重发射的应用

说明书

本发明公开了一类基于苝酰亚胺的环金属铱配合物荧光‑磷光双重发射材料及其利用溶液浓度调控激发态发光的应用。这类环金属铱配合物以苝酰亚胺衍生物为辅助配体、以苯基吡啶衍生物为主配体单元，通过在苯基吡啶上引入三苯胺、咔唑、米硼烷给/吸电子基团来调控配体和配合物的能级。这类材料在低浓度溶液(10^‑5M)中呈现出黄色荧光发射，其最大发射峰为520nm；在高浓度溶液中(10^‑2M)呈现出近红外磷光发射，其最大发射峰在740nm。据我们所知，这是首次报道的通过溶液浓度调控激发态发光的环金属铱配合物。

技术领域

本发明涉及单分子荧光-磷光双重发射领域：1、涉及一类以苝酰亚胺衍生物为辅助配体、以苯基吡啶衍生物为主配体的环金属铱配合物；2、这些环金属铱配合物在低浓度溶液中呈现出短波长的荧光发射，在高浓度溶液中呈现出近红外的磷光发射。据我们所知，这是首次报道利用溶液浓度调控激发态发光的环金属铱配合物。

背景技术

单分子多色发光材料可在不同条件下发射不同颜色的光谱，因而在全彩显示、光学传感器及光转换等领域中具有广泛的应用前景^1-7。这种单分子多色发光化合物通常是通过相关的化学或者物理方法引起的，如机械摩擦、光诱导、分子堆积及溶剂极性等^8-12。这类单分子多色发光材料的一般构筑方法是在分子中引入多个不同能级的发色团或具有特殊功能的共轭基团(如四苯基乙烯单元)。这类化合物目前主要存在两个方面的问题：1、目前，已报道的这类单分子多色发光化合物大都为荧光分子，它们只能利用单线态激子发光，内量子效率为25％；2、其多颜色发光光谱大都是来自于同一种激发态(单重态或三重态)，这导致发光颜色集中在很小的一个区域，不利于获得宽光谱发射¹³。

相对于荧光材料，有机电致磷光材料可充分利用单线态和三线态激子发光，理论内量子效率可达100％，近年来在有机电致发光二极管领域(OLEDs)取得了巨大的发展¹⁴。因此，为了解决上述科学问题，我们拟在磷光分子中引入大π共轭的荧光基团，一定程度上可望获得荧光-磷光不同激发态的协同发射。其中，环金属铱配合物的八面体空间结构、较短发光寿命及高发光效率的特点使其成为非常迷人的一类有机电致磷光材料。据我们所知，很少有关于环金属铱配合物多重发射的报道。因此，我们将聚焦于环金属铱配合物的单分子荧光-磷光双重发射的研究，推动单分子多色磷光材料在白光器件中的应用。

鉴于苝酰亚胺衍生物具有良好的光、热和化学稳定性，高的荧光量子效率，以及高的电子亲和势和强的吸电子能力等优点¹⁵，因此我们选择苝酰亚胺衍生物为辅助配体：通过在苝酰亚胺的N位上进行烷基化，增加环金属铱配合物的溶解性；同时，在苝酰亚胺的海湾位置(bay)杂环化，改善其π共轭结构和电子性能；以苯基吡啶衍生物为主配体：通过在苯基吡啶上引入三苯胺、米硼烷给/吸电子基团来调控配体和配合物的能级，合成了一类新型离子型环金属铱配合物发光材料。我们通过核磁共振氢谱、碳谱和时间飞行质谱确证了这类离子型环金属铱配合物的分子结构，并利用热失重、紫外吸收光谱、稳态瞬态光谱、电化学和理论计算等手段初步研究了它们的热力学性质和光物理化学性能。研究结果表明：该类环金属铱配合物在不同的溶液浓度中呈现出不同激发态的发光：在低浓度溶液中呈现出短波长的荧光发射，在高浓度溶液中呈现出近红外的磷光发射。

附：主要参考文献

1.J.Zucchero,P.L.McGrier and U.H.F.Bunz,Acc.Chem.Res.,2010,43,397–408.

2.A.D.Shao,Y.S.Xie,S.J.Zhu,Z.Q.Guo,S.Q.Zhu,J.Guo,P.Shi,T.D.James,H.Tian and W.H.Zhu,Angew.Chem.,Int.Ed.,2015,54,7275–7280.

3.M.Vasilopoulou,D.Georgiadou,G.Pistolis and P.Argitis,Adv.Funct.Mater.,2007,17,3477–3485.