新型藍色熒光材料5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪的制備和發光性質

李雪蓮， 駱開均*， 李祥龍， 蘇仕鍵*

(1. 四川師范大學 化學與材料科學學院， 四川 成都 610068;2. 華南理工大學 發光材料與器件國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640)

?

新型藍色熒光材料5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪的制備和發光性質

李雪蓮1， 駱開均1*， 李祥龍2， 蘇仕鍵2*

(1. 四川師范大學 化學與材料科學學院， 四川 成都 610068;2. 華南理工大學 發光材料與器件國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640)

以乙二胺和二苯乙二酮為原料合成了5,6-二苯基-2,3-二氫吡嗪(Dpdhpz)，Dpdhpz在IrCl3·3H2O或三氟化硼乙醚等路易斯酸作用下發生自身氧化偶聯得到了5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪(Dbppz)。在四氫呋喃(THF)溶液中，Dbppz的光致發光(PL)為深藍色，最大發射峰位于400 nm，CIE坐標為(0.16, 0.03)。Dbppz在THF溶液中最大量子效率為89%，在聚苯乙烯薄膜(Dbppz 質量分數5%)中的量子效率為78%。將Dbppz制備成器件結構為ITO/HAT-CN(5 nm)/NPB(40 nm)/Dbppz (20 nm)/TmPyPB (40 nm )/LiF(1 nm)/Al(100 nm) 的非摻雜電致發光器件。實驗發現，該非摻雜器件并沒有產生預期的藍色發光，而是意外地得到了一個白光器件。我們推測產生白光發射的原因與發光層和空穴傳輸層之間相互作用有關。由于空穴傳輸層NPB的芳胺結構具有電子給體性質，而Dbppz的吡嗪結構具有電子受體結構，發光層與空穴傳輸層的界面發生了電子給體和電子受體的相互作用，形成了激基復合物。在電致發光(EL)光譜中，除了Dbppz發光材料在415 nm的發射外，在550 nm還出現強的激基復合物的發射。激基復合物的產生使得EL發射出現了長波長光譜，同時減弱了發光層的“本征”發光。藍色“本征”發光與激基復合物的黃色發光構成了一個CIE坐標值為(0.27, 0.33)(亮度100 cd/m2)的白光器件。器件最大外量子效率、最大功率效率和最大電流效率分別為44%、0.74 lm/W和1.04 cd/A。

5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪； 氧化偶聯； 光致和電致發光； 白色發光器件

1 引 言

近年來，有機電致發光材料和有機發光器件(OLED)的研究取得了很大的進展，有些OLED器件已經應用在小尺寸手機顯示屏和大尺寸電視顯示屏。但是，相對于紅色、綠色發光材料，藍色發光材料還是存在一些不足。因為藍光材料一般具有較寬的能隙，很難同時滿足效率和色純度的要求[1-5]。對于小分子熒光材料而言，含氮芳烴和氮雜環的藍色熒光材料具有結構穩定、成膜性能好、玻璃化轉變溫度高等特點，受到人們的廣泛關注[6]。Li等[7]在二苯乙烯基的兩端接入含氟的二芳胺，得到藍色材料TFVBi，并制備了以TFVBi為發光層的OLED器件，電致發光光譜峰值為456 nm，CIE坐標為(0.14,0.14)，外量子率達到4.87%。Tonzola 等[8]以喹啉為母體合成了藍光材料B2PPQ，基于該分子的器件效率達6.6%，EL光譜峰值為459 nm，CIE值為(0.15, 0.16)。 Kuo等[9]報道了一類芳基取代的吡咯衍生物NPANPY，由于化合物的空間位阻較大，有效地避免了分子間的濃度猝滅, 提高了器件的外量子效率。Guan等[10]在噁二唑衍生物中引入咔唑，得到藍光材料р-CzOxa，器件的EL光譜峰值為470 nm，功率效率為2.25 lm/W。Shu等[11]合成了含螺芴結構的吡唑并喹啉衍生物spiro-PAQ-Ph，該物質具有很好的熱穩定性，其玻璃化轉變溫度高達280 ℃，器件外量子效率達3.6%，CIE色度坐標為(0.14,0.17)。Li等[12]在低聚芴的兩端引入苯氨基和三氮唑合成了TAZ-OF(2)-NPh，器件的EL光譜峰值為436 nm，最大電流效率為0.83 cd/A，CIE坐標為(0.16,0.26)。

本文以乙二胺和二苯乙二酮為原料合成5,6-二苯基-2,3-二氫吡嗪(Dpdhpz)，Dpdhpz在三氯化銥、三氟化硼乙醚等作用下發生氧化偶聯反應，得到深藍色熒光材料5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪(Dbppz), 對該化合物的合成、晶體結構和光致、電致發光性質進行了討論。我們發現，盡管Dbppz是一個深藍色熒光分子(PL最大發射峰為400 nm)，但是以Dbppz為發光層、N,N，-二(1-萘基)-N,N，-二苯基-1,1，-聯苯-4,4，-二胺(NPB)等為空穴傳輸層時，得到了一個白光OLED器件。我們對白光器件產生的原因進行了探討。

2 實 驗

2.1 試劑與儀器

本實驗所用試劑均為分析純，分別來自成都科龍化工試劑廠、泰坦科技、上海久嶺化工有限公司等廠家。所用儀器主要有美國Varian Unity公司的核磁共振儀(1H NMR,600 MHz;13C NMR,100 MHz)、FINNIGAN-LCQDECA MS(ESI)質譜儀、上海優浦科學儀器有限公司的UV-4820S型雙光束紫外分光光度計、美國PE公司的Perkin Elmer LS-55型熒光儀、LK2003天津化學工作站、美國TA公司的TGA Q500熱失重分析儀。循環伏安曲線測試采用三電極系統:玻碳電極為工作電極，鉑絲電極為對電極，Ag/Ag+電極為參考電極,支持電解質為0.1 mol/L的四正丁基六氟磷酸鹽，溶劑為乙腈,二茂鐵(FOC)為內標。 測試掃描速度為50 mV/s,靈敏度為10 mA。化合物Dbppz的絕對量子效率采用積分球HORIB-F-3029 Integrating sphere測試，溶劑的脫氣采用冷凍-脫氣-溶解循環脫氣方法(Freeze-Pump-Thaw cycles)。單晶X衍射數據由Xcalibur, Eos單晶衍射儀收集(石墨單色Mo Kα輻射源，λ=0.071 073 nm)。數據還原和吸收校正采用CrysAlisPro, Agilent Technologies程序，結構解析和精修采用SHELXS和SHELXL程序。

2.2 實驗方法

2.2.1 5,6-二苯基-2,3-二氫吡嗪(dpdhpz)的合成

將乙二胺(0.6 g,10 mmol)和二苯乙二酮(2.1 g,10 mmol)加入到100 mL雙頸瓶中，再加入30 mL無水乙醇攪拌回流6～8 h后停止反應。冷卻至室溫，有淡黃色固體析出，抽濾，固體用無水乙醇(2 mL×3)洗滌，再把固體放入真空干燥箱烘干，得淡黃色固體2.06 g，產率為76%。1H NMR (CDCl3, 400 MHz)δ:7.41～7.39(m, 4H),7.34～7.30(m, 2H),7.27～7.23(m, 4H),3.71(s, 1H)。13C NMR (d6-DMSO, 100 MHz)δ:160.30,137.67,129.69,128.14,127.90,45.77。

2.2.2 目標產物(Dbppz)的合成

將5,6-二苯基-2,3-二氫吡嗪 (0.82 g, 3.53 mmol)和IrCl3·3H2O(1.53 g, 4.33 mmol)加入到100 mL雙頸瓶中，再加入30 mL四氫呋喃攪拌回流反應5～8 h后停止反應。冷卻至室溫后，用二氯甲烷萃取，有機層用蒸餾水洗滌3次，再加入適量無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾、旋蒸，用硅膠柱分離提純，淋洗劑為V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1，得白色固體(1.23 g,0.73 mmol)，產率為52%。1H NMR (CDCl3,400 MHz)δ:9.70(s,1H),7.62～7.55(m, 4H),7.41～7.35(m, 6H)。13C NMR (d6-DMSO, 400 MHz)δ:146.48, 140.43,138.39,129.91,129.77,128.94,128.36,128.34。MS(ESI)m/z: 464.20 [M+1]+。

目標產物的合成路線如圖 1所示。

圖1 Dbppz的合成路線

3 結果與討論

3.1 目標產物的合成方法

該化合物是在偶然情況下得到的。我們用(Dpdhpz)和IrCl3·3H2O制備橋聯二聚體[(Dpdhpz)2IrCl]2時，并沒有得到預期的產物，經結構表征發現配體Dpdhpz并沒有與金屬銥發生橋聯反應，而是得到了一種藍色化合物，即本文的目標產物——5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪(Dbppz)。

進一步的研究發現，采用三氟磺酸銀和氯化鎳等金屬化合物以及三氟化硼乙醚等路易斯酸都得到了目標產物。據此，我們初步推測5,6-二苯基-2,3-二氫吡嗪在酸的參與下發生了自身的氧化偶聯反應，生成了目標產物Dbppz。詳細的反應機理還有待進一步研究。

3.2 目標產物的晶體結構

將Dbppz在CHCl3中慢慢揮發，得到Dbppz單晶，采用四元單晶衍射儀對單晶進行了解析，化合物的晶體結構和主要的晶體學數據見圖2和表1。

圖2 Dbppz的晶體結構，橢球概率為50%。

Fig.2 ORTEP crystal diagam of Dbppz，ellipsoids are shown at 50% probability.

在Dbppz分子中兩個吡嗪環共平面，吡嗪環之間的二面角為0。吡嗪環與兩個苯環之間的二面角分別為 62.71°和33.74°。連接吡嗪環之間的C(15)—C(151)鍵長為0.147 9(3) nm，吡嗪環中N—C鍵長比C—C短，N(1)—C(16)、N(1)—C(7)、N(2)—C(15)和N(2)—C(8)鍵長分別為0.133 1(2)，0.134 9(2)，0.134 0(2)，0.134 3 (2)nm。C(15)—C(16)和C(7)—C(8)鍵長為0.139 7(2) nm和0.140 9(2) nm。

表1 Dbppz單晶數據和結構精修參數

Tab.1 Single crystal data and structure refinement parameters of Dbppz

InformationCorrespondtodataEmpiricalformulaC32H22N4Formulaweight462.53Temperature/K143.00(10)CrystalsystemtrcinicSpacegroupP-1a/nm0.56832(4)b/nm0.74782(6)c/nm1.39108(14)α/(°)103.391(8)β/(°)96.422(7)γ/(°)97.854(6)Volume/nm30.56339(8)z1ρcalc/(mg·mm-3)1.363m/mm-10.082F(000)242.0Rangefordatacollection3.045°～26.371°Indexranges-6≤h≤7,-8≤k≤9,-6≤l≤17FinalRindicesR10.0455Rindices(alldata)R10.0674GOFonF21.042

3.3 熱穩定性

化合物Dbppz 的熱重分析(TGA)如圖3所示，升溫速率為10 ℃/min。由圖3可知，Dbppz失重5%的溫度為320 ℃，失重10%的溫度在330 ℃左右。當溫度高于350 ℃以后Dbppz的分解速度急劇增加，到370 ℃左右基本上全部分解。

圖3 Dbppz的TGA曲線

3.4 溶液的吸收和光致發光光譜

圖4是Dbppz在1×10-4mol·L-1CH2Cl2溶液中的紫外-可見吸收和熒光發射光譜。從圖中可以看出，吸收光譜在250～310 nm和350～400 nm處均有強吸收峰，摩爾吸收系數(ε)分別為(0.95～2.50)×105L·mol-1·cm-1和1.55×105L·mol-1·cm-1，歸屬于配體的π-π*吸收躍遷。Dbppz為一種深藍色發光材料，其光致發光(PL)光譜在400 nm處出現最大發射峰，半峰寬為50 nm，CIE坐標值為(0.16,0.03)。Dbppz在四氫呋喃(THF)溶液中的光致發光量子效率為89%，將 5%(質量分數)的Dbppz摻雜在聚苯乙烯中，測得薄膜的量子率為78%。

圖4 Dbppz在CH2Cl2溶液中的吸收和發射光譜

Fig.4 UV-Vis absorption and photoluminescence spectra of Dbppz in CH2Cl2solution

3.5 電化學研究

圖5是二茂鐵作內標時化合物Dbppz的循環伏安曲線。 通過公式：EHOMO=-e(EOX-E1/2, FOC)-4.8 eV，ELUMO=-e(ERED-E1/2, FOC)-4.8 eV，可以估算HOMO和LUMO軌道能級和能隙，式中二茂鐵實測E1/2, FOC=0.03 eV。同時采用光學能隙的計算公式：Eg=1240/λedge進行比較。主要數據如表2所示。

圖5 Dbppz的循環伏安曲線

SampleEOX/eVERED/eVEHOMO/eVELUMO/eVEg/eVEg/eV(opticalbandgap)Dbppz1.68-1.23-6.45-3.542.913.10

3.6 電致發光性質

將Dbppz通過真空蒸鍍制備了3個非摻雜OLED器件，對器件的電致發光性能進行了研究。器件Ⅰ、Ⅱ的結構為ITO/HAT-CN(5 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(xnm)/Dbppz(20 nm)/TmPyPB(40 nm )/LiF(1 nm )/Al(100 nm)(器件I：x=0；器件Ⅱ：x=5)。器件Ⅲ的結構為ITO/HAT-CN(5 nm)/TPAC(40 nm)/Dbppz(20 nm)/TmPyPB(50 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)。其中HAT-CN為空穴注入層(HIL)，NPB、TCTA和TAPC為空穴傳輸層，Dbppz 為發光層，TmPyPB為電子傳輸層(ETL)，LiF為電子注入層。器件所用材料的分子結構如圖6所示。器件電致發光光譜用PR705光譜儀(美國Photo Research 公司)測定，電流密度-電壓和亮度-電壓曲線用Keithley2420電源測定儀(美國Keithley公司)和Konica Minolta CS-200測定。器件的發光面積為0.09 cm2。所有數據均在大氣條件下測試。

圖6 器件所用材料的化學結構

圖7是器件的電致發光光譜。令人感到意外的是，我們沒有得到預想的藍光器件，EL光譜在415 nm和550 nm左右出現2個發射峰。與Dbppz的PL光譜(圖4)比較，EL光譜中在415 nm左右的發射峰可歸屬于Dbppz的發光，但是強度較小。EL光譜在低能帶范圍出現無結構特征的發射，波長隨著與Dbppz相鄰的空穴傳輸材料的不同而變化(515～550 nm)。對于器件 Ⅰ 而言，當相鄰的空穴傳輸層為NPB時，Dbppz的“本征”發光較強。當亮度為100 cd/m2和1 000 cd/m2時，CIE坐標值分別為(0.27，0.33)和(0.27,0.34)，均處于白光范圍。器件Ⅱ和Ⅲ與Dbppz發光層相鄰的空穴傳輸層分別為TCTA和TAPC，Dbppz的“本征”發光已經被大大減弱，器件EL發射峰主要在515 nm和550 nm處。當亮度為100 cd/m2時，器件Ⅱ的CIE坐標值為(0.23,0.39)，屬于冷白光；而器件Ⅲ的CIE值為(0.34,0.50)，屬于黃綠色發光。器件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的啟動電壓(Von)分別為4.6，4.8，4.0 V，最大外量子效率為44%、90%、89%，最大功率效率為0.74，1.35，2.19 lm/W。器件的電流密度-電壓-亮度(J-V-L)和亮度-效率曲線如圖8所示，器件主要的EL性能總結在表3中。

圖7 Dbppz非摻雜器件的電致發光光譜

為什么化合物Dbppz的光致和電致發光光譜會有如此巨大的差別呢？我們推測EL光譜中低能量的長波發射峰與發光層和空穴傳輸層的界面相互作用有關。如圖9所示，幾種芳胺類空穴傳輸層材料的化學結構中的氮原子都具有孤對電子，是一種良好的電子給體(Donor),而發光層中化合物Dbppz中的吡嗪環具有電子受體(Acceptor)性質。因此，在空穴傳輸層和發光層的界面上發光分子(電子受體)與空穴傳輸分子(電子給體)相互作用形成激基復合物(Exciplex)。激基復合物的形成一方面使得EL光譜在長波長處出現了黃綠光發射，另一方面抑制了發光層在415 nm處的“本征”發光。從圖7和表3可見，在以NPB為空穴傳輸層的器件Ⅰ中，除了電子給體-電子受體相互作用產生的激基復合物發射(550 nm)外，化合物Dbppz在415 nm也有很強的發射，說明NPB與發光分子的相互作用有限。器件Ⅰ 的CIE坐標值為(0.27，0.33)(100 cd/m2)，是一個白光器件。就已有的文獻資料看，這種以激基復合物發光和發光分子的“本征”發光而形成的白光器件并不多見[13-16]。在器件Ⅱ和器件Ⅲ中，空穴傳輸層TCTA和TAPC與發光層形成的激基復合物最強發射峰分別在515 nm和550 nm處，而發光層在415 nm的“本征”發光受到強烈的抑制，器件的EL光譜和色度坐標基本由激基復合物決定。

圖8 器件的J-V-L 曲線(a)和亮度-效率曲線(b)

為了進一步證實EL光譜低能量的發射是由空穴傳輸材料和發光化合物Dbppz之間形成的激基復合物產生，我們構筑了兩個摻雜的發光器件：HATCN(5 nm)/NPB(40 nm)/Donor∶Dbppz(1∶1, 20 nm)/TPBi(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)，器件1 的Donor 為NPB；器件2 的Donor 為 TCTA。EL光譜如圖10所示，當空穴傳輸材料與發光材料Dbppz 的質量比為1∶1摻雜時，Dbppz在415 nm的發射完全被抑制，EL光譜僅出現無結構特征的低能量發射，低能量的發射峰特征與非摻雜器件(圖7)基本一致。主體材料TCTA與Dbppz形成的激基復合物最大發射峰為528 nm，NPB與Dbppz摻雜的發射峰在564 nm處。因此，我們有理由相信，含聯吡嗪基團的發光分子Dbppz與含氮芳胺類的空穴傳輸材料能夠形成激基復合物，使得EL光譜紅移，同時抑制了發光分子Dbppz的“本征”發光。

圖9 Dbppz與空穴傳輸材料形成激基復合物的示意圖

圖10 摻雜器件的EL光譜

4 結 論

以乙二胺和二苯乙二酮為原料合成了一種聯吡嗪的藍色小分子熒光材料5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-聯吡嗪(Dbppz)。該化合物在THF溶液中的PL光譜的最大發射峰為400 nm，量子效率為89%，在聚苯乙烯(5% Dbppz)中的量子效率為78%。將Dbppz與不同的空穴傳輸層配合，制備了3個非摻雜發光器件。實驗發現，在空穴傳輸層和發光層的界面產生了電子給體和電子受體的電荷轉移，產生了激基復合物，使得EL光譜出現515～550 nm的長波長發射峰，同時激基復合物在一定程度上抑制了發光層在415 nm處的“本征”發光。當采用NPB為空穴傳輸層時，激基復合物對發光層的抑制作用較小，EL光譜中除激基復合物在550 nm 的發射外，Dbppz在415 nm的“本征”發光也很強，結果得到了一個最大外量子效率、最大功率效率和最大電流效率分別為44%、0.74 lm/W和1.04 cd/A，CIE坐標值為(0.27，0.33)的白光器件。我們知道，大部分白光OLED都是通過紅、綠、藍3種單色光組合得到的，本文通過發光材料與空穴傳輸材料形成激基復合物發光與發光層的“本征”發光一起形成白光OLED，這種方法還少有報道。盡管器件的效率還有待提高，但是本文的研究結果給出了一種構建白光OLED的新方法。

[1] XIAO L X, CHEN Z J, QU B,etal.. Recent progresses on materials for electrophosphorescent organic light-emitting devices [J].Adv.Mater., 2011, 23(8):926-952.

[2] ULBRICHT C, BEYER B, FRIEBE C,etal.. Recent developments in the application of phosphorescent iridium (III) complex systems [J].Adv.Mater., 2009, 21(44):4418-4441.

[3] 安永,徐茂梁,王子俊,等. 新型藍光材料9,9′-聯蒽衍生物的合成及其光電性能 [J]. 發光學報, 2011, 32(9):890-895. AN Y, XU M L, WANG Z J,etal.. Synthesis of novel blue light emitting 9, 9′-bianthracene derivatives and their optoelectronic properties [J].Chin.J.Lumin., 2011, 32(9):890-895. (in Chinese)

[4] 彭強,蘇丹,徐軍,等. 新型咔唑-吲哚并咔唑共軛聚合物材料的合成與性能研究 [J]. 功能材料, 2011, 42(5):838-841. PENG Q, SU D, XU J,etal.. Synthesis and properties of novel conjugated polymers based on carbazole and indolocarbazole [J].J.Funct.Mater., 2011, 42(5):838-841. (in Chinese)

[5] 毛炳雪,張大鵬,華曉陽,等. 芴類藍光生色團在合成有機電致發光材料中的應用 [J]. 化學進展, 2010, 22(12):2353-2376. MAO B X, ZHANG D P, HUA X Y,etal.. Application of fluorene-based blue light-emitting chromophores in synthesis of organic electroluminescent materials [J].Prog.Chem., 2010, 22(12):2353-2376. (in Chinese)

[6] 肖立新,胡雙元,孔勝,等. 藍色熒光小分子電致發光材料 [J]. 光學學報, 2010, 30(7):1895-1903. XIAO L X, HU S Y, KONG S,etal.. Small organic molecules for blue electroluminescence [J].ActaOpt.Sinica, 2010, 30(7):1895-1903. (in Chinese)

[7] LI H C, LIN Y P, CHOU P T,etal.. Color tuning and highly efficient blue emitters of finite diphenylamino-containing oligo (arylenevinylene) derivatives using fluoro substituents [J].Adv.Funct.Mater., 2007, 17(4):520-530.

[8] TONZOLA C J, KULKARNI A P, GIFFORD A P,etal.. Blue-light-emitting oligoquinolines: synthesis, properties, and high-efficiency blue-light-emitting diodes [J].Adv.Funct.Mater., 2007, 17(6):863-874.

[9] KUO W J, CHEN Y H, JENG R J,etal.. Peripheral aryl-substituted pyrrole fluorophores for glassy blue-light-emitting diodes [J].Tetrahedron, 2007, 63(30):7086-7096.

[10] GUAN M, BIAN Z Q, ZHOU Y F,etal.. High-performance blue electroluminescent devices based on 2-(4-biphenylyl)-5-(4-carbazole-9-yl) phenyl-1, 3, 4-oxadiazole [J].Chem.Commun., 2003(21):2708-2709.

[11] CHEN C H, WU F I, SHU C F,etal.. Spirobifluorene-based pyrazoloquinolines: efficient blue electroluminescent materials [J].J.Mater.Chem., 2004, 14(10):1585-1589.

[12] LI Z H, WONG M S, FUKUTANI H,etal.. Synthesis and light emitting properties of bipolar oligofluorenes containing triarylamine and 1, 2, 4-triazole moieties [J].Org.Lett., 2006, 8(19):4271-4274.

[13] 朱成順,彭曉晨,馮曉東. 白光OLED器件結構的研究進展 [J]. 電子元件與材料, 2014, 33(5):8-11. ZHU C S, PENG X C, FENG X D. Development of the structure of white OLED [J].Electron.Comp.Mater., 2014, 33(5):8-11. (in Chinese)

[14] ZHANG B H, TAN G P, LAM C S,etal.. High-efficiency single emissive layer white organic light-emitting diodes based on solution-processed dendritic host and new orange-emitting iridium complex [J].Adv.Mater., 2012, 24(14):1873-1877.

[15] PARK S, KWON J E, KIM S H,etal.. A white-light-emitting molecule: frustrated energy transfer between constituent emitting centers [J].J.Am.Chem.Soc., 2009, 131(39):14043-14049.

[16] QI X F, SLOOTSKY M, FORREST S. Stacked white organic light emitting devices consisting of separate red, green, and blue elements [J].Appl.Phys.Lett., 2008, 93(19):193306-1-3.

Synthesis and Luminescence of New Blue Fluorescent 5,5′,6,6′-tetraphenyl-2,2′-bipyrazine

LI Xue-lian1, LUO Kai-jun1*, LI Xiang-long2, SU Shi-jian2*

(1.CollegeofChemistryandMaterialsScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610068,China;2.StateKeyLaboratoryofLuminescentMaterialsandDevices，SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640 ,China)
*CorrespondingAuthor,E-mail:luo-k-j007@163.com

5,5′,6,6′-tetraphenyl-2,2′-bipyrazine (Dbppz) was synthesized by oxidation coupling of two molecules 5,6-diphenyl-2,3-dihydropyrazine which was prepared from ethanediamine and benzil， with lewis acid as catalyst, such as IrCl3·3H2O and boron fluoride ethyl ether. Dbppz shows intense fluorescent emission in the tetrahydrofuran (THF) solution atλmax=400 nm, with photoluminescence (PL) quantum yield of 89% in THF solution and 78% in polystyrene film doped with Dbppz mass fraction of 5%. Non-doped electroluminescence (EL) devices were fabricated with a structure of ITO/HAT-CN(5 nm)/NPB(40 nm)/Dbppz (20 nm)/TmPyPB (40 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm). It is unexpected that the devices do not show blue electroluminescence (EL) as we expect, but white EL with CIE coordinates of (0.27, 0.33). There are two emission peaks at 415 and 550 nm in EL spectrum. The emission peak at 415 nm is attributed to “the intrinsic emission” of Dbppz and low-energy emission at 550 nm relates to interface-interaction between hole-transporting layer and emission layer. Probably, the exciplex is formed by interaction of donor molecule NPB and acceptor Dbppz, resulting in new low-energy emission and restraining the intrinsic emission of Dbppz. This white device shows maximum external quantum efficiency of 44%, maximum luminance efficiency of 1.04 cd/A and maximum power efficiency of 0.74 lm/W.

5,5′,6,6′-tetraphenyl-2,2′-bipyrazine; oxidation coupling; photoluminescence and electroluminescence; white organic light-emitting device

李雪蓮(1990-)，女，四川渠縣人，碩士研究生，2013年于綿陽師范學院獲得學士學位，主要從事有機功能材料的研究

E-mail: 840285762@qq.com

駱開均(1958-)，男，四川成都人，博士，教授，2005年于四川大學獲得博士學位，主要從事有機功能材料的研究。

E-mail: luo-k-j007@163.com

2015-10-12；

2015-12-18

國家自然科學基金(21072141,21172161,51073057,91233116)資助項目

1000-7032(2016)03-0257-08

TN383+.1

A

10.3788/fgxb20163703.0257