CC BY
31
УДК 546.93:547
А.В. Хомяков *, А.Г. Чередниченко
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д.9
*e-mail: san@rctu.ru
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ТРИ-(2-ФЕНИЛПИРИДИНАТА) ИРИДИЯ (III)
Аннотация
В ходе проведенных исследований был синтезирован три-(2-фенилпиридинат) иридия (III), который является одним из наиболее эффективных органических электролюминофоров зеленого цвета свечения. Выход целевого продукта составил 80,9 %. Методами элементного анализа, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, оптической люминесцентной микроскопии и люминесцентной спектроскопии были изучены свойства синтезированного продукта и подтвердено его строение. На основании полученных спектральных данных расчитаны координаты цветности. Изготовленные с использованием синтезированного люминофора тестовые OLED-структуры показали высокую интенсивность свечения.
В настоящее время самыми востребованными материалами для изготовления светоизлучающих слоев в OLED-устройствах являются органические координационные соединения иридия Ь"(Ш). Именно с использованием люминофоров были получены наиболее яркие и эффективные органические светодиоды. При этом рекордные показатели по люминесцентным характеристикам были достигнуты на самом первом из синтезированных иридиевых эмиттеров - три-(2-фенилпиридинате) иридия [1г(РРу)з] [1]. OLED-устройство, содержащее в качестве эмиссионного слоя допированную матрицу дикарбозолилбифинила (СBP) с 6%-ным
содержанием три-(2-фенилпиридината) иридия, показало яркость около 100000 кд/м2 при напряжении питания 11 В; самую высокую эффективность по мощности (183 лм/Вт) и рекордную внешнюю квантовую эффективность (42%) [2].
В отличие от электролюминесцентных комплексов Re(I), Ru(II) и Os(II), для которых наиболее эффективными оказались 2,2-дипиридильные и другие ^^хелатные лиганды, для координационных соединений Ь" (III) лучшие характеристики были получены на 2-фенилпиридильных соединениях, содержащих хелатную группировку N,0-1". Основной цвет свечения светодиодов на основе фенилпиридильных комплексов Ьг(Ш) - зеленый (СЬЕ х = 0.20-0.30, у = 0.55-0.63). Введение заместителей в фенилпиридильные лиганды, варьирование материалов вещества-матрицы и зарядопроводящих слоев позволяет изменять цвет свечения практически во всем диапазоне видимого спектра [3].
Несмотря на то, что методы синтеза органических соединений иридия (III) имеют ряд общих моментов с получением соответствующих соединений на основе редкоземельных металлов (РЗМ), между ними существует также ряд существенных отличий. Основным исходным компонентом для синтеза координационных соединений иридия с органическими лигандами является моногидрат хлорида иридия (III). Для связывания выделяющегося в ходе реакции хлористого водорода, как и в случае
РЗМ, используют дополнительное основание, роль которого часто играют молекулы органического лиганда, имеющие основные свойства. Однако в процессе взаимодействия с органическими компонентами на первом этапе из двух молекул хлорида иридия и четырех молекул образуется промежуточное хлорсодержащее соединение, представляющее собою димер. Это промежуточное соединение может быть выделено и использовано для дальнейших синтезов с целью получения разнолигандных комплексов.
Три-(2-фенилпиридинат) иридия (III) [1г(РРу)з)] является высокоэффективным органическим электролюминофором зеленого цвета свечения. Синтез три-(2-фенилпиридинат) иридия (III) [1г(РРу)з)] осуществляли по следующей реакции:
IrCb-^Ü + 3C11H9N = Ir(CnHsN)3 + 3HCl + H2O (1)
где (C11H9N) - (2-фенилпиридин); Ir(CnHsN)3 или [Ir(PPy)3)] - три-(2-фенилпиридинат) иридия; IrCl3*H2Ü - моногидрат хлорида иридия; HCl -хлористый водород; H2O - вода.
Для синтеза три-(2-фенилпиридината) иридия (III) [Ir(PPy)3)] в химическую четырехгорлую колбу объёмом 250 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником, барботером для подачи аргона и термометром, помещали смесь 50 мл диоксана и 50 мл дистиллированной воды; 0,32 г моногидрата хлорида иридия (III) (IrCb * H2O); 0,94 г 2-фенилпиридина (C11H9N) и 1,25 г ацетата натрия. Полученную смесь нагревали при перемешивании и температуре 80°С в течение 30 часов под атмосферой аргона. Затем реакционную массу охлаждали до комнатной температуры, а выпавший осадок фильтровали под вакуумом на фильтре Шотта и трижды промывали 50 мл 1н водного раствора соляной кислоты, 50 мл 50%-ного водного раствора этилового спирта и 50 мл чистого этилового спирта. Синтезированный целевой продукт сушили в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50 оС в течение 8 часов при остаточном давлении 30-40
мм.рт.ст. Масса сухого осадка синтезированного электролюминофора составила 0,53 г, что соответствует выходу 80,9 %. В УФ-свете наблюдается фотолюминесценция полученного продукта в зеленой области спектра. Для получения высокочистого продукта синтезированный образец очищали методом сублимационной очистки в глубоком вакууме. Чистоту полученного три-(2-фенилпиридината) иридия (III) контролировали методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Определенное содержание основного вещества в образце три-(2-
фенилпиридината) иридия (III) составило более 99,998 %.
анализа представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Микрофотография порошка три-(2-фенилпиридината) иридия (III) при УФ-обдучении.
При облучении УФ-светом кристаллы три-(2-
фенилпиридинат) иридия (III) проявили
люминесценцию в зеленой области спектра.
Результаты люминесцентного микроскопического
550 600 Б50 Wavelength (nm)
Рис. 2. Спектр люминесценции порошка три-(2-фенилпиридината) иридия (III).
Для изучения спектральных свойств синтезированного соединения были
зарегистрированы спектры фотолюминесценции порошка три-(2-фенилпиридината) иридия (III). Запись спектров осуществлялась на приборе «HORIBA Jobin Yvon Fluorolog-3 FL 3-22» при длине волны возбуждающего излучения 370 нм. Полученные результаты представлены на рисунке 2. Анализ спектров показывает, что синтезированный продукт обладает фотолюминесценцией с максимумом при 543 нм. В растворе тетрагидрофурана (ТГФ) максимум люминесценции смещается в коротковолновую область и соответствует длине волны 514 нм. Рассчитанные координаты цветности (х=0,3619; у=0,6141) порошка синтезированного три-(2-фенилпиридината) иридия (III) представлены на рис. 3.
У 0.9
sRGB uses ITU-R ВТ.709 primaries Red Green Blue White 0.64 О.ЗО 0.15 0.3127 у О.ЗЗ О.бО 0.06 0.3290 AdobeRGB(98) uses Red and Blue Ilk© sRGB and Green like NTSC
CIE-RGB are the primaries lor color matching tests: 700/546.1/435.0nm
0.9 x 1.0
Рис. 3. Координаты цветности для порошка три-(2-фенилпиридината) иридия (III).
Для подтверждения состава синтезированного образца порошка три-(2-фенилпиридината) иридия (III) был проведен элементный термический анализ. В ходе анализы были получены следующие результаты: вычислено в %: C - 60.53; H - 3.70; N - 6.42; получено в %: C - 60.64; H - 3.55; N - 6.30. В итоге было отмечено хорошее соответствие расчетных и
экспериментальных величин, что свидетельствует о достоверности строения целевого продукта. Изготовленные из синтезированного три-(2-фенилпиридината) иридия (III) тестовые OLED-структуры показали высокую интенсивность электролюминесценции.
Хомяков Андрей Владимирович - ведущий инженер кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И.Менделеева, Россия, Москва
Чередниченко Александр Генрихович - к.х.н., ведущий научный сотрудник кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И.Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. М.Н.Бочкарев, А.Г.Витухновский, М.А.Каткова. Органические светоизлучающие диоды (OLED). Н.Новгород.: Деком., 2011. - 359 с.
2.Зиновьев А.Ю., Чередниченко А.Г., Аветисов И.Х. Технология органических электролюминесцентных устройств. Теоретические основы и материалы. М.: изд. РХТУ им.Д.И.Менделеева. 2010.- 62 с.
3. Liu Xingwang, Wang Na, Suo Quanling Synthesis and luminescence of rare earth ternary complexes consisting of Eu(III), P-diketones and 1,10-phenantroline // J. of RE 2009. -V.26. -P.778-781.
4. F.So. Organic electronics. Materials. Processing. Devices and Application. New York.: CRC Press. 2010. - 568 р.
Chomyakov Andrey Vladimirovich*, Cherednichenko Aleksandr Genrihovich D.I.Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *e-mail: san@rctu.ru
SYNTHESIS AND PROREPTIES OF TRIS-(2-PHENYLPYRIDINATE) IRIDIUM (III)
Abstract
The effect of synthesis and luminescent properties of organic luminophore substitudes tris-(2-phenylpyridinate) iridium (III) was studied. The preparation purity was analyzed by ICP MS, luminescent spectroscopy and luminescent microscopy. The luminescent properties of powdered material were studied.
Key words: organics electroluminophores, complex of iridium, OLED
