摘 要

近年来，由于金属铱配合物斯托斯克位移大，发光效率高，光热稳定性好，发射波长易于调节等优点被广泛地用于有机发光二极管, 光催化，发光探针等方面。

本文设计合成了一种新型铱配合物Ir-phen-Cz。化合物表现出了高的发光效率以及长的磷光寿命。利用荧光发射光谱测量其固态、二氯甲烷溶液中的荧光发射，利用紫外吸收光谱测量其吸收波长，获得了一系列目标配合物的光物理性质数据，化合物在乙腈-水的混合体系中表现出了聚集诱导磷光发射的性质。同时也呈现出红光发射。化合物在细胞成像方面表现出潜在的应用。

关键词：阳离子型铱配合物 聚集诱导发光 有机光电材料 红光发射

Synthesis and Properties of AIPE-active Iridium Complex with Red Emission

Abstract

In recent years, iridium complexes have been widely used in OLEDs, photo-catalytic, bio-imaging due to their high chemical and photo-stability, large stokes shifts and easy to modify.

In this paper, we designed and synthesized a new iridium complex: Ir-phen-Cz. Ir-phen-Cz display high luminescence quantum yields and long phosphorescence lifetime. Ir-phen-Cz display significant aggregation-induced emission behaviors in CH₃CN-H₂O. It also shows red emission. Based on these, iridium(III) complexes are suitable for imaging in living cells.

Key Words: Cationic iridium complexes; Iridium complexes; Organic optoelectronic materials ; Red emission

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2铱配合物的分类和发光性质 2

1.3铱配合物的合成 2

1.4 铱配合物的应用 4

1.4.1有机电致发光器件（OLEDs） 4

1.4.2化学传感器 5

1.4.3细胞成像 6

1.4.4光催化剂 7

1.5 本课题的研究思路和方法 8

第二章 分子合成与结构表征 9

2.1前言 9

2.2实验部分 9

2.2.1主要试剂 9

2.2.2主要仪器 10

2.2.3 分子合成 11

2.3 本章小结 16

第三章 结果与讨论 17

3.1引言 17

3.2光物理性质测试与表征 17

3.2.1紫外可见吸收光谱 17

2.2.2 荧光发射光谱 18

3.3 聚集诱导发光性质的研究 19

3.4 本章小结 21

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 23

附录 26

本科期间研究成果 27

致谢 28

文献综述

1.1引言

自从1928年德国科学家弗里德里希·维勒（Friedrich Wohler）人工合成了尿素，推翻了有机化合物的“生命力”学说，有机合成化学得到了快速的发展。有机发光材料是有机化学的一个重要的分支，也是目前有机化学的研究热点之一。

近年来，随着发光材料的广泛应用，发光材料引起了人们广泛的关注。发光材料，顾名思义即指这是一种可以吸收其他形式的能量，然后将之转化为光能的材料。发光材料种类繁多，通常人们将其分为两大类，分别为无机类发光材料和有机类发光材料，其中有机发光材料相比于无机发光材料有着色度高、色域广、种类繁多、灵活的分子设计以及应用范围广等优点从而持续吸引着科学界的目光。本文所述的有机金属配合物发光材料就是有机发光材料的一种。荧光和磷光是辐射跃迁导致的发光结果，二者的区别是激发态与基态中分子的多重态是否一致，即荧光过程中分子的基态与激发态的多重态是一致的，而磷光则恰恰相反。目前，各学科领域都能看到有机发光材料在其中发挥的作用，如发光电化学电池（LECs）^[1]，有机电致发光器件(OLEDs) ^[2]等等，近年来，一直是研究的热点。

1998 年，Forrest^[3,4]率先利用过渡金属配合物，并将其与有机光电材料相结合，为过渡金属配合物的研究及其领域开辟了先河。所以说，开发新型的过渡族金属配合物在有机发光材料的合成中至为重要。电子结构中有着 d⁸和d⁶结构的过度金属原子，比如铂（Pt）、铱（Ir）等，他们作为配位中心而形成金属配合物可以利用单重态激子和三重态激子发光，即荧光磷光双发射，从而其理论内量子产率接近 100%^[5]。目前，已经开发出的过渡金属配合物发光材料实现了在可见光范围内全色发光，使其可以应用于化学/生物传感器^[6]、数字安全防护等方面。具有聚集诱导发光性质的过渡金属配合物由于在聚集状态下拥有高的发光效率，所以可应用于OLEDs、生物检测、细胞成像等热门领域^[7]。

1.2铱配合物的分类和发光性质

关于铱(III)配合物的分类，可从两大类入手即配合物分子的带电性以及配合物分子中配体的种类。根据配合物分子的带电性可以将配合物分为离子型铱(III)配合物和中性铱(III)配合物；根据其所含配体的种类区分为：均配型和杂配型^[8]。

与小分子发光材料的电致发光相比，铱(III)配合物由于重金属原子效应可以使的自旋轨道耦合，导致荧光磷光双发射，因此其量子产率在理论是可以达到100％的^[9]。磷光过程中分子的基态与激发态的多重态是不同的，要知道，在电子跃迁过程中电子的自旋方向是不能改变的^[10]，而磷光的发射不论是从第一激发单重态(S₁)到第一激发三重态(T₁)的系间窜越还是从第一激发三重态(T₁)到基态(S₀)的辐射跃迁都是自旋禁阻的^[11~13]。所以说在室温下，大多数有机分子的三线态磷光发射效率很低。对于铱（Ⅲ）配合物来说，由于分子结构中重原子铱的存在，使得分子轨道耦合^[14]，从而对于激发态S₁态和T₁态，电子从之间发生系间窜越的效率提高，再由T₁态辐射跃迁至基态，磷光由此产生^[15]。因为磷光铱（Ⅲ）材料拥有磷光寿命短和发光效率高等优点，所以目前铱（Ⅲ）配合物作为磷光材料有非常不错的发展前景^[16]。

1.3铱配合物的合成

下文介绍杂配型铱配合物的合成^[17,18]。首先，水合三氯化铱与环金属C^N配体反应合成二氯桥联化合物(C^N)₂Ir(Cl)₂Ir(C^N)₂。然后二氯桥联化合物再与辅助配体反应得到相应配合物。

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