[发明专利]在分子晶体中结合了离子键和配位键的发光和可分散的杂化材料

说明书

本发明涉及无机‑有机杂化结构，其在分子簇中同时具有离子键和配位键，并且具有结构多样性、高发光和稳定性以及优异的分散性的特征，适合用作发光磷光体。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年5月4日提交的美国临时专利申请序列号62/501,517的优先权，其全部内容在此通过引用并入本文。

关于联邦资助研究的声明

本发明部分地是在国家科学基金会授予的授予号为DMR-1507210的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

发明领域

本发明涉及发光材料、由其制成的器件以及制造这些材料和器件的方法的领域，该发光材料在整个可见光谱上强烈发光，包括例如白色、橙色、绿色、蓝色和黄色。

发明背景

一个经充分研究的杂化材料家族由I-VII族二元金属卤化物(例如CuI)组成。它们中的大多数是通过N、P或S原子的孤对电子在各种尺寸的中性无机组件(module)与中性有机配体(芳族或脂肪族)之间形成配位键而构成。已经报道了从分子(0D)物种到一维(1D)链以及从二维(2D)层到扩展的三维(3D)网络的许多结构类型。最近，人们已经认识并系统评估了它们用作不含稀土元素(REE)的发光磷光体的潜力。这些研究表明，与由更高维度的无机组件制成的那些(例如(CuI)_∞的1D链或(CuI)_∞的2D层)相比，在基于簇的Cu_mI_m组件构建的结构(例如Cu₂I₂菱形二聚体或Cu₄I₄立方烷四聚体)通常具有高得多的发光效率。虽然可以通过掺入高发射性无机核和强结合配体来生成扩展的1D、2D和3D网络来获得具有强发射性和增强的稳定性的结构，但仍然存在严重的局限性，例如低蓝光激发性和较差的溶液加工性，后者是大多数无机材料的共同问题。

因此，需要设计具有改善的化学和热稳定性，同时具有强的蓝光激发性和高的加工性的磷光体。

发明内容

本发明满足了这种需求。本文描述的是新型的磷光体化合物，其以高的发光量子效率发射不同颜色的光。结合改进的热和化学稳定性，本发明的磷光体化合物可用于清洁和/或可再生的能源器件中，包括但不限于光伏和固态照明。

本发明的一个方面提供了Cu_mX_m+n(L)_n的磷光体簇化合物。X是阴离子。L是阳离子有机配体，其中该配体的至少两个原子是独立地选自N、O和S的杂原子，两个杂原子中的一个是带正电荷的N，并且另一个与Cu配位。m为选自1、2、3、4、5、6、7、8、9和10的整数，且n选自1、2、3、4和5。所述化合物的原子排列形成具有1D、2D或3D晶格结构的网络。

在一些实施方案中，X是卤化物。在一些实施方案中，X为I。在一些实施方案中，m选自2、3、4、5、6、7或8，并且n为1或2。在一些实施方案中，m为2且n为1。在一些实施方案中，m为4、5、6、7或8，并且n为2。

在一些实施方案中，带正电荷的N是sp3杂化的。在一些实施方案中，键合至带正电荷的N的1、2或3个基团独立地选自C₁-C₁₀烷基，所述烷基任选地被一个或多个选自卤素、-OR¹、-SR¹、-C₁-C₄SR¹、-NO₂、-CN和-NR^aR^b的基团取代，其中每次出现的R¹独立地为氢(H)或C₁-C₄烷基，且R^a和R^b独立地为氢或C₁-C₄烷基。