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研究生: 蔡毓珊
Tsai, Yu-Shan
論文名稱: 雙牙、三牙含磷配位基之三價銥金屬磷光錯合物的合成、光物理及OLEDs元件的應用
指導教授: 季昀
口試委員: 周必泰
孫世勝
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 174
中文關鍵詞: OLEDPhosphorescentPhosphine ChelatesIr(III) complexes
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  • 本論文主要使用第三列過渡金屬 Iridium 作為錯合物的金屬中心,搭配實驗室所發展出的 pyridyl azolate (N^N)H 放光團以及強場含磷輔助配位基,設計出不同系統的三價銥金屬磷光錯合物;另外,為延續實驗室的研究方向,本篇論文依然著重於以強場配位基 phosphine 為主要的分子設計架構,因此發展出另一新型的三牙含磷配位基 (P^C^P),期望可藉由其優越的 σ-donating 及 π–acceptor 的能力,增加分子的剛性與提高分子 dd state。
    本文中,分為兩大系統的 Ir(III) 金屬磷光材料,第一部分為二配位含磷銥金屬錯合物,由實驗室先前發表的 [Ir(fppz)2(bdp)] (0) 衍生而獲得,保留原始架構,主要針對 N^N 放光團進行結構修飾,於 pyridyl 官能團的6號位置引入 OAr 基團,結果卻意外得到具雙重放光 (dual emission) 的單分子白光材料;另一部分為全新領域的三配位含磷銥金屬錯合物,引進 pincer phosphine ligand 的設計概念,預期可有效穩定整體分子的結構,但最後結果卻有所相違,因此,針對這些特殊的性質及結果,我們運用了理論計算來加以說明,此外,也分別對於兩系列的錯合物進行光物理、電化學以及其在 OLEDs 元件應用之探討。


    摘要 1 第一章、 導論 2 第一節、 OLED 的發展 2 第二節、 OLED 元件發光原理 6 第三節、 螢光磷光原理 11 第四節、 磷光材料發展 14 第五節、 Ligand Field Luminescence 33 第六節、 研究動機 34 第二章、 實驗部分 35 第一節、 藥品與分析工具 35 2.1.1 - 藥品與試劑 35 2.1.2 - 分析工具 35 2.1.2.1 - 核磁共振光譜 (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 35 2.1.2.2 - 質譜分析 (Mass Spectrometer, MS) 35 2.1.2.3 - 元素組成分析 (Elemental Analysis, EA) 36 2.1.2.4 - X-ray 單晶繞射 (X-ray Single Crystal Diffractometer, XRD) 36 2.1.2.5 - 紫外可見光光譜儀 (Ultraviolet-Visible spectrometer, UV-Vis) 36 2.1.2.6 - 螢光光譜儀 (Fluorescence Spectrophotometer, PL) 36 2.1.2.7 - 循環伏特計 (Cyclic Voltammetry, CV) 36 2.1.2.8 - 理論計算方法 37 2.1.2.9 - 元件製作 37 第二節、 配位基之合成 39 2.2.1 - Pyridyl-azolate (N^N)H 系列配位基之合成 39 2.2.2 - 2,6-bis(5-pyrazolyl)pyridine 三配位配位基之合成 48 2.2.3 - Phosphine 系列配位基之合成 49 第三節、 銥金屬錯合物之合成 55 2.3.1 - 二配位銥金屬錯合物 [Ir(N^N)2(C^P)] 系列 55 2.3.1.1 - 銥金屬錯合物 (1a) 之合成 56 2.3.1.2 - 銥金屬錯合物 (1b) 之合成 57 2.3.1.3 - 銥金屬錯合物 (1c) 之合成 57 2.3.1.4 - 銥金屬錯合物 (2) 之合成 58 2.3.1.5 - 銥金屬錯合物 (3) 之合成 59 2.3.1.6 - 銥金屬錯合物 (4) 之合成 59 2.3.1.7 - 銥金屬錯合物 (5) 之合成 60 2.3.1.8 - 銥金屬錯合物 (6) 之合成 61 2.3.2 - 三配位銥金屬錯合物 (P^C^P)Ir(N^N^N) 及 (P^C^P)Ir(H)(N^N) 系列 62 2.3.2.1 - 銥金屬錯合物 (P^C^P)Ir(bppy) (9) 及 (10) 之合成 63 2.3.2.2 - 銥金屬錯合物 (F-P^C^P)Ir(bppy) (9F) 之合成 64 2.3.2.3 - 銥金屬錯合物 (P^C^P)Ir(H)(N^N) (11) 及 (12) 之合成 65 2.3.2.4 - 銥金屬錯合物 (P^C^P)Ir(H)(fppz) (13) 之合成 66 2.3.2.5 - 銥金屬錯合物 (F-P^C^P)Ir(H)(N^N) (11F) 及 (12F) 之合成 67 2.3.2.6 - 銥金屬錯合物 (F-P^C^P)Ir(H)(fppz) (13F) 之合成 68 2.3.2.7 - 銥金屬錯合物 (P^C^P)Ir(H)(N^N) (14) 之合成 68 2.3.2.8 - 銥金屬錯合物 (P^C^P)Ir(H)(N^N) (15) 之合成 69 第三章、 結果與討論 70 第一節、 [Ir(N^N)2(C^P)] 系列 70 3.1.1 - 錯合物 1 ~ 6 的合成與探討 71 3.1.2 - 錯合物的晶體結構解析 73 3.1.2.1 - 錯合物 1a 的晶體結構解析 73 3.1.2.2 - 錯合物 4 的晶體結構解析 77 3.1.3 - 光物理性質的探討 80 3.1.3.1 - 不同取代基的影響 81 3.1.3.2 - 光物理的探討 84 3.1.4 - 電化學性質的探討 87 3.1.4.1 - 不同取代基的影響 87 3.1.5 - DET 理論計算結果與討論 90 3.2.5.1 - HOMO 與 LUMO 的電子雲密度分布之探討 90 3.2.5.2 - 雙重放光之光物理探討 95 3.1.6 - 元件效能的探討 101 3.1.6.1 - 元件材料之選擇 102 3.1.6.2 - 元件效能之比較 102 第二節、 (P^C^P)Ir(N^N^N) 及 (P^C^P)Ir(H)(N^N)系列 108 3.2.1 - 錯合物 9 ~ 15 的合成與探討 110 3.2.1.1 - 對照組實驗 113 3.2.2 - 錯合物的晶體結構解析 116 3.2.2.1 - 錯合物 9 的晶體結構解析 116 3.2.2.2 - 錯合物 10 的晶體結構解析 120 3.2.2.3 - 錯合物 11 的晶體結構解析 124 3.2.2.4 - 錯合物 13 的晶體結構解析 128 3.2.3 - 光物理性質的探討 132 3.2.3.1 - 不同取代基的影響 133 3.2.3.2 - 光物理的探討 137 3.2.4 - 電化學性質的探討 139 3.2.4.1 - 不同取代基的影響 139 3.2.5 - DET 理論計算結果與討論 142 3.2.5.1 - HOMO 與 LUMO 的電子雲密度分布之探討 142 第四章、 結論 145 第五章、 參考文獻 146 附錄 151

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