取代基团修饰苯基吡啶类铱磷光配合物的合成、结构及光物理性能
Syntheses, structures, and photo-physical properties of iridium phosphorescent complexes with phenylpyridine derivatives bearing different substituting groups
作者单位E-mail
常桥稳 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106
昆明理工大学材料科学与工程学院, 昆明 650093 
 
张柯 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106  
黄光英 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106  
李诺楠 吉林大学化学学院, 理论化学研究所, 长春 130023  
刘伟平 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106  
白福全 吉林大学化学学院, 理论化学研究所, 长春 130023  
晏彩先 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106  
冯洋洋 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106 fyy@ipm.com.cn 
左川 昆明贵金属研究所, 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室, 云南省贵金属实验室有限公司, 贵研化学材料(云南)有限公司, 昆明 650106 zuochuan@ipm.com.cn 
摘要: 为研究取代基对铱磷光配合物光物理性质的影响,以2,4-二(2,4-二取代基苯基)吡啶[2,4-(2,4-2R-phenyl)2py,R=甲基(HL1)、甲氧基(HL2)、氟(HL3)、三氟甲基(HL4)]为主配体,即在主配体上2个苯基的2位和4位同时引入4个相同的甲基、甲氧基、氟或三氟甲基,同时以乙酰丙酮(Hacac)为辅助配体,合成出4个铱磷光配合物(Ln)2Ir (acac)[n=1(Ir1)、2(Ir2)、3(Ir3)、4(Ir4)]。通过元素分析、核磁共振谱(1H NMR和13C NMR)和单晶X射线衍射表征了铱磷光配合物的组成、空间结构和分子堆积。通过溶液和固态光致发光光谱、紫外可见吸收光谱、荧光寿命和理论计算对铱磷光配合物的光物理性能进行了深入和系统的研究。结果表明:4个铱磷光配合物均呈稍微扭曲的八面体构型,中心Ir(Ⅲ)分别与2个主配体的C和N原子配位形成五元螯合环,同时和辅助配体acac-的2个氧原子配位形成稳定的六元螯合环。配合物Ir1Ir2Ir3Ir4在溶液状态下的发射波长分别为537、515、514和553 nm,溶液中量子产率分别为68%、83%、88%和81%,荧光寿命分别为26.75、163.93、64.50和330.39 ns。4个铱磷光配合物具有不同的电子云分布特征,取代基能够调控电子云在苯环上的分布,进一步实现发射波长、发光颜色,荧光寿命和分子堆积的调控。
关键词: 铱(Ⅲ)配合物  磷光材料  取代基  苯基吡啶  光物理性能
基金项目: 国家自然科学基金(No.21861023)、中央引导地方自由探索项目(No.202207AA110006)、云南贵金属实验室科技计划项目(No.YPML-2022050230)和云南省金属有机分子材料与器件重点实验室(No.202405AV340008)资助。
Abstract: To study the effect of substituents on the photo-physical properties of iridium phosphorescent complexes, four identical methyl (Me), methoxy (MeO), fluorine (F), or trifluoromethyl (CF3) groups were introduced into the 2and 4-positions of the two phenyl groups onto the 2,4-bis(2,4-disubstituted phenyl) pyridine [2,4-(2,4-2R-phenyl)2py, R=Me (HL1), MeO (HL2), F (HL3), CF3 (HL4)] main ligands at the same time. Four iridium phosphorescent complexes (Ln)2Ir(acac) [n=1 (Ir1), 2 (Ir2), 3 (Ir3), 4(Ir4)] were synthesized by using HL1, HL2, HL3, or HL4 as the main ligand and acetylacetone (Hacac) as the auxiliary ligand. The composition, spatial structure, and molecular stacking of all iridium phosphorescent complexes were characterized by elemental analysis, nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR and 13C NMR), and single-crystal X-ray diffraction. The results indicated that all four iridium phosphorescent complexes exhibit slightly distorted octahedral configurations. The central iridium(Ⅲ) coordinates with the C and N atoms of the two main ligands to form a five-membered chelating ring while coordinating with the two oxygen atoms of the acetylacetone auxiliary ligand to form a stable six-membered chelating ring. The results are consistent with the chemical structure of the target compound. A comprehensive and systematic study was conducted on the photophysical properties of iridium phosphorescent complexes through solution and solid photoluminescence spectroscopy, UV Vis absorption spectroscopy, fluorescence lifetime, and theoretical calculations. The complexes Ir1, Ir2, Ir3, and Ir4 in solution with the photoluminescence quantum yields of 68%, 83%, 88%, and 81% exhibited maximum emission peaks at 537, 515, 514, and 553 nm, fluorescence lifetime of 26.75, 163.93, 64.50, and 330.39 ns, and in solid with maximum emission peaks at 536, 520, 520, and 546 nm, respectively. Four iridium phosphorescent complexes have different electron cloud distribution characteristics, and substituents can regulate the distribution of electron clouds on the benzene ring, further achieving the control of photophysical properties and chemical structure, such as emission wavelength in solution and solid-state, emission color, fluorescence lifetime, and molecular stacking.
Keywords: iridium(Ⅲ) complexes  phosphorescent materials  substituent group  phenylpyridine  photo-physical properties
投稿时间:2024-08-22 修订日期:2024-11-07
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常桥稳,张柯,黄光英,李诺楠,刘伟平,白福全,晏彩先,冯洋洋,左川.取代基团修饰苯基吡啶类铱磷光配合物的合成、结构及光物理性能[J].无机化学学报,2025,41(2):235-244.
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