8_羟基喹啉金属配合物的有机发光材料研究进展_吕青竹

收稿日期:2008—07—10

作者简介:吕青竹(1975-),女,辽宁本溪市人,讲师,主要从事化学教学及发光配合物方面研究.【学术研究】

8-羟基喹啉金属配合物的有机发光材料研究进展

吕青竹

(抚顺师专,辽宁抚顺113006)

摘　要:简述8-羟基喹啉金属配合物的发光原理.综述了8-羟基喹啉金属配合物发光材料的国内外研

究现状,同时对8-羟基喹啉金属配合物发光材料的应用前景进行了展望.

关键词:8-羟基喹啉金属配合物;发光原理;有机电致发光

中图分类号:O644.19 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2008)03-0013-02

金属配合物作为一种新型的有机发光材料,由于其在光学传感器及有机发光器件(Light emitting

Devices )等方面的潜在应用受到了人们的重视[1].关于金属配合物发光性能的研究已有多年的历史,但近

几年人们才将其与发光材料的研制相联系.1987年,美国柯达公司Tang 等[2]以8-羟基喹啉铝(AlQ 3)

作为发光层,获得了驱动电压小于10V 、发光亮度1000cd m 2(一般电视屏最高亮度80cd m 2

)、发光效率

1.5lm W 的有机电致发光器件,为金属配合物发光器件的研制做出了开拓性的工作.AlQ 3作为电致发光材料有许多优良的特性,如成膜质量好、具有较高的载流子迁移率、较好的热稳定性及较大的量子效率(光子数 电子数=0.01)等.由于8-羟基喹啉可与多种金属形成配合物,因此近年来不断出现许多其它类型

的发光材料[3],在此简述8-羟基喹啉金属配合物有机发光材料的研究进展情况.

1　8-羟基喹啉金属配合物的发光原理

金属离子与有机配体形成的配合物具有发光性质,其发光能力与金属离子的电子构型及有机配体的立体结构有关.8-羟基喹啉作为有机配体本身不发光,与金属形成螯合物后使原来8-羟基喹啉非刚性平面结构转变为刚性平面结构,即金属离子与氮、氧螯合而处于同一平面内的平面结构,这种结构极易与电子交叠,使分子变形困难,导致分子从激发态回到基态时发生无辐射跃迁的几率大大下降,主要发生辐射跃迁,从而使金属配合物发光,所以配体8-羟基喹啉与金属所形成的配合物的发光类型主要是金属离子微扰的配体发光.部分具有f 电子轨道的稀土金属由于自身电子构型的特点,与配体形成配合物,配体向金属离子传递能量,最终导致金属离子发光,其发光类型为配体微扰的金属离子特征发光,属于这种发光类型的金属离子都具有未充满的d 或f 轨道.

2　8-羟基喹啉金属配合物有机发光材料的国内外研究情况

2.1　1、2、3价金属8-羟基喹啉发光材料

1、2、3价金属离子形成的金属有机物的发光属于配

体发光,这类配合物具有分子内络盐结构,即分子是由含

一个酸性基和一个其它配位基的一价二齿配体与金属离子

形成的螯合物.配合物为电中性,配位数达到饱和,金属与

配体之间形成稳定的六元环,见图1.

这类配合物通常都有很好的电子传输特性,是有机电

致发光中较理想的材料[4、5].1987年,Tang C W [2]用8-

羟基喹啉铝作为发光层制成了有机电致发光器件,之后人

们不断探索Al 以外的金属(Ca 、Be 、Zn 、Mg 、Ga 等)与羟基喹啉形成的配合物发光材料,具有较好的发光性能,并且可以发射不同颜色的光有:8-羟基喹啉锌(ZnQ 2),发光颜色为黄色,谱峰在568nm 左右,发光亮度在26V 偏压下,达到16200cd m 2;8-羟基喹啉镁(M gQ 2),发出强的蓝绿色荧光,最大发射光波长大约第10卷第3期2008年9月 辽宁师专学报Journal of Liaoning Teachers College V ol .10No .3Sep .2008

在528nm;8-羟基喹啉铍(BeQ2)发光颜色与AlQ3相似,谱峰也在520nm左右;8-羟基喹啉镓(GaQ3),发光谱峰在553nm左右,为强的蓝—绿光.Burrow ns[6]等研究对比了GaQ3和AlQ3的发光性能,后者的光致发光光谱强度是前者的4倍,但从驱动电压、电致发光量子效率和稳定性看,GaQ3是更好的显示器件. 8-羟基喹啉锂(LiQ)的器件在14V直流电压驱动下的最大电致发光(Electroluminescence,EL)发射波长为508nm的蓝色光,器件的起动电压仅为3V,显示良好的电致发光性能,当驱动电压为26V时,最大亮度达1200cd m2.

同时,改进配体也可以使配合物的性质发生变化,如在8-羟基喹啉的5位上引入Cl,可增加膜的稳定性,延长器件寿命.此外,马东阁等[7]为了增加电子的流动性,设计合成了双核的8-羟基喹啉铝配合物(DAlQ3),它的EL发光效率是1.2lm W,比AlQ3(1.0lm W)高.山田等[3]对另外几个8-羟基喹啉金属配合物的电致发光性能进行了比较,包括ZnQ2、B eQ2、MgQ2、Zn(mq)2、Be(mq)2和Al(prq)3(其中:mq为2-甲基-8-羟基喹啉,prq为7-甲基-8-羟基喹啉),把这些材料应用到器件上发出绿光或黄光,亮度均在3000cd m2以上,以ZnQ2最高,达到16200cd m2,其它的发光亮度依次为AlQ3(15800cd m2)、BeQ2(8700cd m2)、MgQ2 (3700cd m2);Zn(mq)2(8900cd m2)、B e(mq)2(8800cd m2)和Al(prq)3(3000c d m2).

2.2　稀土8-羟基喹啉发光材料

稀土配合物的发光主要是由稀土离子的d电子和f电子跃迁产生,发光波长取决于稀土离子,受配体的影响较小.这类配合物发光光谱比较窄,色度更纯一些[8].彭俊彪等[9]以8-羟基喹啉稀土鳌合物(ReQ3,Re=Ce、Dy、Eu、Er)为发光材料,制得一系列EL器件,但其强度只有AlQ3的十分之一.其后李斌等[10]又报道了用铕的三元配合物为发光层制得的EL器件具有很好的效果.Curry R J和Gillin W P[11]用掺稀土Er元素制成长波长(1540nm)的有机发光二极管,将有机发光器件应用到长波长通讯领域之中.近几年的文献报道了一些关于以8-羟基喹啉为配体的近红外发射稀土配合物,可应用到近红外发光选择装置上,如选择扩大器、有机发光二极管.2004年9月,Van Deun R等[12]用8-羟基喹啉衍生物合成了15种铒的配合物,其中4种得到了单晶,并对这些化合物的性质进行了研究,所用到的8-羟基喹啉衍生物见图2、表1.

根据反应条件、所加金属和配体的量的不同,得到三种类型化合物:(1)当金属与配体的比为1∶3时,得到三元化合物;(2)当金属与配体的比为1∶4时,得到四元化合物;(3)当金属与配体比为3∶8时,得到三聚化合物.利用三种合成方法合成了8种化合物,其中4种得到了单晶,分别是NH4[Er3(Q)8]Cl(OH)·4C4H8O2、Er3(Q5Cl)8(CH3COO)·6CHCl3、Er(Q57Cl)3·6C4H8O2、NH4[Er(Q57Br)4]·C4H8O2,并对比了三种配合物在不同溶剂中的发光光谱,对后面的研究有较大的启示.同年11月,Artizzu F等[13]用8-羟基喹啉与稀土元素Er合成了Er3Q9配合物,并得到了单晶,进行了光学性质分析.

3　8-羟基喹啉金属配合物有机发光材料的应用及展望

有机发光材料的开发是一个涉及化学、物理、材料、电子学等众多学科的研究领域,有机发光材料虽然经历时间较短,但已取得了世人瞩目的成就[14].以有机小分子材料做成的电致发光器件已经产业化,产品主要集中在小屏幕显示方面,如荷兰的Philips公司已经建造了一条有机电致发光器件的生产线,主要用于生产手机和其它手提电子设备的背光显示.由此可见,新型发光材料的研制及其新的应用领域的开拓将是人们继续努力的方向.具有高稳定性、高效率、高亮度、低驱动电压的有机电致发光显示器仍是下一代发展的目标.8-羟基喹啉金属配合物作为目前有效的有机电致发光材料之一,其在绿色发光器件中的应用已经进入实用化阶段,在红色、白色及变色发光器件中的应用还有待进一步完善,随着人们对有机发光材料的不断探索,性能优良的有机发光材料将会不断出现,也将很快占领高科技市场,并进入人们的生活.(下转60页)