摘 要

室温磷光材料拥有着出色的电子迁移率和导热系数等光物理特性，在光伏器件、光催化反应、光存储和分子传感等光电领域有着广泛的应用。氯、溴和碘等重卤素原子可以诱导产生强烈的自旋轨道耦合作用，增强电子的系间窜越过程，从而诱导产生三线态激子，实现磷光发射。本文设计合成三个不同取代位点的碘代化合物，通过核磁确定材料的纯度，紫外吸收光谱和荧光光谱对其光物理性质以及晶体排布表征。

通过在365 nm紫外灯激发下，我们合成的目标产物都可产生磷光发光，其中间位碘取代的化合物发光最亮、效果最明显。本文的创新之处在于：（1）设计合成了一系列具有碘原子取代的三嗪衍生物材料；（2）研究了三个不同位点的碘取代对于磷光发射的影响；（3）实现了通过重原子效应增强磷光的目的；

关键词：有机光电材料 室温有机磷光 三嗪衍生物 重原子效应 碘代化合物

Preparation and Properties of Iodine-High Efficiency Room Temperature Phosphorescent Materials

ABSTRACT

Room temperature phosphorescent materials possess excellent optical and physical properties such as electron mobility and thermal conductivity, and are widely used in optoelectronic fields such as photovoltaic devices, photocatalytic reactions, optical storage and molecular sensing. Heavy halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine can induce strong spin-orbit coupling, enhance the intersystem crossing process of electrons, and induce the generation of triplet excitons to achieve phosphorescence emission. This design synthesizes three different substitution sites for iodine compounds, and determines the purity, UV absorption spectrum and fluorescence spectrum of the material by NMR to characterize its photophysical properties and crystal arrangement.

By the excitation of 365 nm UV lamp, the target products we synthesized can produce phosphorescence, and the meta-iodine-substituted compound has the brightest and most obvious effect. The innovations of this paper are: (1) designing and synthesizing a series of triazine derivative materials with iodine atom substitution; (2) studying the effects of iodine substitution at three different sites on phosphorescence emission; (3) realizing Enhancing the purpose of phosphorescence by heavy atomic effects;

Key Words: Organic optoelectronic materials;Room temperature organic phosphorescence ; Triazine derivative; Heavy atom effect; Iodo compound

目 录

摘 要...........................................................................................................I

ABSTRACT...............................................................................................II

第一章 前言与综述 1

1.1 绪论 1

1.2 有机室温磷光材料概述 2

1.2.1 发光机理 2

1.2.2 设计思路 4

1.3 纯有机磷光的发展历程 4

1.4 本课题的意义 5

第二章 碘代高效室温磷光材料的制备 6

2.1 前言 6

2.2 实验材料与仪器 7

2.2.1 实验材料 7

2.2.2 实验仪器 8

2.3 实验内容 9

2.3.1 三嗪衍生物单咔的制备 9

2.3.2 2-咔唑基-4,6-2-碘苯氧基-1,3,5三嗪的合成 10

2.3.3 2-咔唑基-4,6-3-碘苯氧基-1,3,5三嗪的合成 12

2.3.4 2-咔唑基-4,6-4-碘苯氧基-1,3,5三嗪的合成 15

2.4 结果与讨论 17

第三章 室温磷光材料的光学性质表征及应用 18

3.1 光学性质表征 18

3.1.1 光谱 18

第四章 结论与展望 21

参考文献 22

致 谢 26

第一章 前言与综述

1.1 绪论

当前，磷光材料主要分为有机化合物和无机物两类。其中，有机磷光又可以分为：（1）纯有机化合物磷光，如三嗪和咔唑等衍生物，以及近年来发展起来的聚合物磷光^[1,2]；（2）金属有机配位化合物磷光，如常见的Pt、Ir和Ru等金属有机配合物^[3,4]。金属有机配位化合物中的金属重原子可以促进电子的自旋轨道耦合（spin-orbit coupling，SOC）作用，以及增强系间窜越（intersystem crossing，ISC）过程，从而产生高效的室温磷光。然而，金属类的磷光材料其发展和应用并不顺利，主要是因为其需要贵重金属，故原材料价格较高，同时还存在着合成过程复杂以及重污染等问题^[5]。相比之下，因为具有原料价格较低、结构易修饰、绿色环保等优点，有机室温材料则吸引人们投入更多的研究^[6]。但在有机分子内，电子自旋翻转过程从理论来看是禁阻的，且三线态激子很容易受到如氧气和温度等因素的干扰，而发生猝灭，所以在过去的很长一段时间内，人们所研究的大多数有机磷光材料是在低温或惰性条件下的^[7-9]。由于需要苛刻的研究环境以及极低的磷光量子效率，纯有机磷光材料的发展受到了很大地约束。对于这些急需解决的问题，相关研究者们致力于开拓出新的高效的有机室温磷光材料（room temperature phosphorescence, RTP）体系。

磷光材料应用在光伏器件等光电领域中，可以同时捕捉到激子注入时的单线态激子和三线态激子，理论上能得到百分百的内量子效率（internal quantum efficiency，IQE）^[3,10-12]，进而提升器件的外量子效率（external quantum efficiency，EQE）；磷光材料还可以用于传感探针领域，因为其三线态激子受温度、溶剂、氧气等环境因素的影响^[13-15]；磷光材料也可以应用在生物成像等方面，人们利用其三线态激子寿命较长的特性，能有效地摆脱生物组织自身短寿命荧光背景的干扰，从而提高信噪比^[16]；磷光材料在光动力学治疗领域有不错的发展潜力^[17]，因为基态的氧是处于三线态的，通过三线态-三线态的湮灭作用，它能与三线态的超长磷光产生单线态的氧，此外单线态的氧能杀死癌细胞，从而达到治疗癌症的效果。