含推拉電子結(jié)構(gòu)的噁二唑衍生物的光電性能研究

嚴(yán)永新 ，劉天寶 ，蔡文雅 ，吳國(guó)志 ，盛鴻婷 ，汪新 ,

(1.池州學(xué)院 化學(xué)材料與工程實(shí)驗(yàn)中心,安徽 池州 247000;2.安徽大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,安徽 合肥 230039)

含推拉電子結(jié)構(gòu)的噁二唑衍生物的光電性能研究

嚴(yán)永新1，劉天寶1，蔡文雅2，吳國(guó)志1，盛鴻婷2，汪新1,2

(1.池州學(xué)院 化學(xué)材料與工程實(shí)驗(yàn)中心,安徽 池州 247000;2.安徽大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,安徽 合肥 230039)

噁二唑是一類重要的電子傳輸基團(tuán)。本文研究三種含不同取代基（-NO2、-CH3、-OC8H17）的噁二唑末端炔(M1-M3)的光電性能。結(jié)果表明，含吸電子硝基的M1有利于電子的注入，說(shuō)明強(qiáng)吸電子基團(tuán)能有效降低噁二唑環(huán)的LUMO能級(jí)。因此，可通過(guò)改變苯乙炔噁二唑分子中取代基的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)分子的帶隙寬度和電子傳輸性能。

噁二唑；熒光；循環(huán)伏安

高性能的發(fā)光器件有賴于載流子傳輸平衡。通常發(fā)光材料與金屬電極之間存在較高的能壘，阻礙了電子從金屬電極注入，使得載流子不能在發(fā)光層形成激子而發(fā)光[1]。不過(guò)，在發(fā)光材料中摻雜電子傳輸材料可有效地實(shí)現(xiàn)能級(jí)的匹配。二芳基噁二唑類化合物因其高的熒光量子效率、良好的熱穩(wěn)定性和較高的電子遷移速率備受關(guān)注[2]。與聚噁二唑相比，小分子噁二唑化合物易純化、溶解性好，可得到無(wú)針孔的薄膜，因此更為有效[2]。特別是，如能對(duì)噁二唑類化合物進(jìn)行能級(jí)調(diào)節(jié)，則應(yīng)用前景更廣。

在前期的研究中我們合成了系列噁二唑小分子化合物[3-4]。本文我們研究不同的推拉電子結(jié)構(gòu)對(duì)噁二唑小分子化合物(如圖1)光電性能以及熱性能的影響規(guī)律。

圖1 目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)部分

電子吸收譜與發(fā)光性能分別用TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(jì)和RF-5301Pc型熒光光譜儀測(cè)試。電化學(xué)性能在N2保護(hù)下在LK2005電化學(xué)工作站測(cè)試，支持電解質(zhì)為高氯酸四丁基銨(TBPA)，參比電極為 Ag/Ag+，掃描速率 100mV/s。 熱穩(wěn)定性能（TGA）用HCT-1型微機(jī)差熱天平測(cè)試，N2氣氛，升溫速率為 10℃/min。 四氫呋喃（THF）為分析純，乙腈用色譜純，使用前均除水精制。

2 結(jié)果與討論

化合物M1-M3按前期工作合成[5-6]，在測(cè)試前先通過(guò)柱色譜后再重結(jié)晶純化。目標(biāo)化合物易溶于THF、乙腈。

2.1 熱穩(wěn)定性

圖2是化合物M1-M3的熱失重曲線。從圖中可見化合物M1-M3的分解溫度(5%失重的溫度)分別為332、297、229℃，說(shuō)明對(duì)苯乙炔噁二唑功能基小分子的熱穩(wěn)定性較好。相對(duì)于含硝基的M1和與含甲基的M2，含烷氧基的M3的分解溫度較低，可能是長(zhǎng)鏈烷氧基不穩(wěn)定所致。

圖2 化合物M1-M3的熱失重曲線

2.2 光學(xué)性能

圖3為化合物M1-M3在THF溶液中的紫外吸收光譜，最大吸收分別位于308、301和309 nm，這是二苯基噁二唑的π→π*躍遷吸收帶[7]。與M2的最大吸收相比，M1和M3的最大吸收均有一定的紅移。這是因?yàn)镸1中硝基是吸電子的生色團(tuán)，氮氧雙鍵與二芳基噁二唑主鏈共軛，增加了電子的離域程度；而M3中烷氧基與噁二唑的p-共軛作用降低電子躍遷的能級(jí)[8]。

圖3 化合物M1-M3的紫外吸收光譜（THF為溶劑）

圖4 化合物M1-M3的熒光光譜（THF為溶劑，1×10-5mol/L）

圖4是化合物M1-M3在THF溶液中的熒光發(fā)射譜（濃度為1×10-6mol/L），最大發(fā)射波長(zhǎng)分別位于363、357和381nm。含硝基的化合物M1與含烷氧基的M3的最大發(fā)射分別出現(xiàn)了6 nm和24 nm的紅移，這與紫外吸收的結(jié)論一致。

表1 化合物M1-M3的性質(zhì)

2.3 電化學(xué)性能

圖5是化合物M1-M3的循環(huán)伏安曲線，測(cè)試溶劑為乙腈，支持電解質(zhì)為TBPA，參比電極為Ag/Ag+，掃描速率100mV/s；電化學(xué)性質(zhì)總結(jié)于表1中。從表1可見，化學(xué)物的LUMO能級(jí)在-3.05到-3.17eV之間，說(shuō)明它們具有良好的電子注入能力[9]。與含甲基的M2相比，當(dāng)化合物含吸電子硝基（M1），其 LUMO 能級(jí)最低（-3.17eV），這是因?yàn)槲娮踊行У亟档土藝f二唑環(huán)的電子云密度，有利于電子注入；而含推電子烷氧基的化合物M3使噁二唑環(huán)的電子云密度上升，LUMO能級(jí)略有升高（-3.05eV），阻礙了電子的注入。這說(shuō)明可以通過(guò)改變?nèi)〈鶊F(tuán)對(duì)分子能級(jí)進(jìn)行有效調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子注入能力的調(diào)節(jié)。

圖5 M1-M3的循環(huán)伏安曲線

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)具有不同推拉電子性質(zhì)的取代苯乙炔噁二唑化合物的熱性能、光學(xué)性能及電化學(xué)性能的研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)取代基的推拉電子性質(zhì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子傳輸能力的調(diào)制，這為電子傳輸材料的分子設(shè)計(jì)提供了新的思路。

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TQ 252

A

1674-1102(2011)06-0047-02

2011-11-18

安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(090414190)；安徽省教育廳自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(KJ2011A208)；安徽省高等學(xué)校省級(jí)優(yōu)秀青年人才基金資助項(xiàng)目(2010SQRL133)；池州學(xué)院院級(jí)項(xiàng)目（2011ZR001）；池州學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)基金（2011XK04）；纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助。

嚴(yán)永新(1978-)，女，安徽桐城人，池州學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)系講師，碩士，主要從事有機(jī)功能材料研究。

通迅作者：汪新（1964-），男，安徽望江人，池州學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)系教授，博士，研究方向?yàn)楦叻肿硬牧稀?/p>

[責(zé)任編輯：錢立武]