三價銥金屬與新型二價鉑金屬之磷光錯合物合成及OLEDs元件之應用

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研究生：	廖冠宇
論文名稱：	三價銥金屬與新型二價鉑金屬之磷光錯合物合成及OLEDs元件之應用
指導教授：	季昀
口試委員:	徐秀福張志豪季昀
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：	2014
畢業學年度：	102
語文別：	中文
論文頁數：	159
中文關鍵詞：	有機發光二極體、磷光發光材料、OLEDS 、藍色放光、鉑金屬、銥金屬
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科技的發展已超乎我們的想像，日常生活也與科技產品脫離不了關係，也因為如此，世界各地的科學家也都把這些 3C 產品的研究與開發視為國家發展的重要指標之一；有機發光二極體 (organic light-emitting diodes, OLED) 其耗電量低，效率高且低成本等等符合了整體產業所追求的優點，故也成了科學家及各大產業們致力研究的區塊。因此研發出高效率、高穩定性且符合商業價值的紅、綠、藍發光材料，將是整體的重要關鍵。尤其近年來在此發光材料的研發領域上，以有機金屬磷光 (phosphorescence) 材料最為重要。特別是以第三列過渡金屬為金屬中心 (Pt(II)、Ir(III))，所合成的磷光放光材料，可在重原子效應下使元件的效率大幅提升。
本論文著重在利用銥、鉑中心金屬合成出高效率的藍色磷光發光材料，其中第一部分是運用銥金屬為中心，搭配 pyridyl azolate 配位基以及具有強場的non-conjugated carbene 配位基，並且在配位基上修飾不同基團追求更高的量子效率表現，相信未來能將此材料運用在藍色 OLEDs 元件上。
第二部分則是以鉑金屬為中心，並且引入了全新設計的四配位螯合配位基，可以合成出量子效率高達 80% 且放光表現可接近藍光的發光材料，同時利用光物理數據，理論計算，晶體結構等等相關研究，探討了這一系列錯合物彼此之間的關係，並對其做了改進及優化，最後可以得到外部量子效率達 12.3%、ηl 為 27.1 cd/A、ηp 可達26.6 lm/W、CIE 值 (0.18, 0.33)，如此表現優異的元件結果。

目錄
圖目錄    vi
表目錄    x
摘要    1
第一章、序論    2
第一節、OLED 的發展    2
第二節、OLED 元件發光原理    8
第三節、螢光與磷光發光原理    13
第四節、藍色磷光材料發展    17
第五節、鉑金屬錯合物磷光發光材料於 OLEDs 上的運用    32
第六節、研究動機    39
第二章、實驗合成    40
第一節、試藥與儀器    40
【藥品】    40
【分析工具】    40
1.    核磁共振光譜 (Nuclear Magnetic Resonance; NMR)    40
2.    質譜分析（Mass Spectrometer, MS）    40
3.    元素組成分析（Elemental Analysis, EA）    41
4.    X-ray 單晶繞射（X-ray Single Crystal Diffractometer, XRD）    41
5.    紫外可見光光譜儀 (Ultraviolet-Visible spectrometer; UV-Vis)    41
6.    螢光光譜儀 (Fluorescence Spectrophotometer; PL)    42
7.    循環伏特計 (Cyclic Voltammetry; CV)    42
8.    理論計算方法    42
第二節、配位基之合成    43
Part I, [pyridyl pyrazole (N^N)H] 系列配位基之合成    43
1.    合成 pfpz (L1)    43
2.    合成 bpfpz (L2)    44
Part II, Benzyl Bezimidazolium Bromide系列配位基之合成    45
1.    合成 dfbmbHBr (L3)    46
2.    合成 fbmbHBr (L4)    46
3.    合成 fbibHBr (L5)    47
4.    合成 bibHBr (L6)    48
Part III, (HN^N^N^NH) 四配位系列配位基之合成    49
1.    合成 dpfpzma (L7)    49
2.    合成 dpftzf (L8)    52
3.    合成 dpfpzf (L9)    56
4.    合成 dpfpzbf (L10)    59
5.    合成 pfpzf (L11)    62
6.    合成 dpfpza (L12)    64
7.    合成 dpfpztba (L13)    67
第三節 銥金屬與鉑金屬錯合物之合成    71
銥金屬系列錯合物之合成    71
1.    合成 [Ir(pfpz)2(dfbmb)] (1a)    71
2.    合成 [Ir(pfpz)2(fbmb)] (1b)    72
3.    合成 [Ir(bpfpz)2(fbmb)] (1c)    73
4.    合成 [Ir(pfpz)2(fbib)] (1d)    74
5.    合成 [Ir(pfpz)2(bib)] (1e)    74
6.    合成 [Ir(bpfpz)2(fbib)] (1f)    75
鉑金屬系列錯合物之合成    76
合成 Pt(DMSO)2Cl2    76
1.    合成 [Pt(dpfpzma)] (2)    77
2.    合成 [Pt(dpftzf)] (3)    77
3.    合成 [Pt(dpfpzf)] (4a)    78
4.    合成 [Pt(dpfpzbf)] (4b)    79
5.    合成 [Pt(pfpzf)] (5)    79
6.    合成 [Pt(dpfpza)] (6a)    80
7.    合成 [Pt(dpftzf)] (6b)    81
第三章、結果與討論    82
第一節、銥金屬錯合物 [Ir(N^N)2(C^C)] 系列    82
【錯合物合成的探討】    83
1.    錯合物 1a 的結構解析    85
【光物理性質探討】    88
1.    錯合物 (1a)、(1b)、(1c) 的光物理性質比較    89
2.    錯合物 (1d)、(1e)、(1f) 的光物理性質比較    90
3.    錯合物 (1a) ~ (1f) 的光物理性質的探討    92
【電化學性質探討】    95
【理論計算結果與討論】    97
1.    錯合物 1a 的 DFT 理論計算    98
2.    錯合物 1e 的 DFT 理論計算    100
3.    錯合物 1f 的 DFT 理論計算    102
4.    錯合物 1a 與 CCF 的光物理與理論計算比較    105
【結論】    107
第二節、鉑金屬錯合物 [Pt(N^N^N^N)] 系列    108
【錯合物合成的探討】    110
【錯合物的晶體解析】    113
1.    錯合物 3 的結構解析    113
2.    錯合物 4b 的結構解析    117
【光物理性質探討】    121
1.    錯合物 (2)、(3)、(4b) 的光物理比較    123
2.    錯合物 (4a)、(5) 的光物理比較    124
3.    錯合物 (6a)、(6b) 的光物理比較    125
【電化學性質探討】    132
【理論計算結果與討論】    135
1.    錯合物 4a 的 DFT 理論計算    136
2.    錯合物 4b 的 DFT 理論計算    138
3.    錯合物 3 的 DFT 理論計算    140
【元件的製備與探討】    142
【結論】    149
第四章、結論    150
第五章、參考文獻    151
附錄    155
第一部分、鉑金屬錯合物    155
四配位 Pt(N^C^N^C) 之合成    155
1.合成 [Pt(dpfphf)] (7)    155
第二部分、銥、鉑金屬錯合物之 NMR 光譜 (1a~7)    159

                                

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