[发明专利]一种氮硼双掺杂的螺环化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮硼双掺杂的螺环化合物，具有如下式(I)或式(II)所示的化学结构，本发明的氮硼双掺杂螺环化合物具有高的光致发光量子效率和小的单重态三重态能级差，通过给受体单元的合理调控，这种化合物可实现多色发光。其同时还具有良好的溶解性、成膜性和薄膜形态稳定性。基于本发明的氮硼杂螺环化合物作为发光层的溶液加工型器件开启电压低，外量子效率高，展现出优异的器件性能，对于应用有很大的优势。

技术领域

本发明涉及有机电致发光材料技术领域，具体涉及一种氮硼双掺杂的螺环化合物及其制备方法和应用。

背景技术

螺环化合物是由两个分子片段通过一个sp³杂化的碳原子连接而成的，由于螺环骨架的空间效应，使前线分子轨道可以充分分离。两个分子片段在螺环结构中垂直排列可以抑制非辐射跃迁，避免严重的聚集浓度猝灭，刚性的螺环结构可以实现高效的空间电荷转移和高的光致发光量子效率。螺环化合物具有独特的三维结构，展现出良好的热稳定性和形貌稳定性。因此，螺环化合物受到广大科研工作者的青睐，成为最重要的一类有机半导体材料。

热激活延迟荧光是三重态激子的一种热激活再发光的过程，即三重态热激活后转化到更高的振动能级，再通过反向系间窜越到达与其能级接近的单重态的振动能级，通过辐射跃迁产生延迟荧光，寿命通常在μs量级。相对应的，单重态激子从单重态迅速衰减到基态直接辐射发光为瞬时荧光，寿命在ns量级。热激活延迟荧光材料是继传统荧光材料和贵金属磷光材料之后发展起来的第三代纯有机发光材料。热激活延迟荧光材料不仅具备传统荧光材料和磷光材料的优越性，而且避免了重金属参与的不足，近年来受到广泛关注。

近年来，蒋佐权教授等人提出基于螺环结构的空间限制电荷转移概念，通过这种机制制备出给体-受体-给体型的π堆叠高效有机发光材料。王悦教授将螺环电子给体和螺环电子受体通过大位阻基团相连，构筑了具有热激活延迟荧光性质的高性能深蓝光电致发光材料。显然，螺环化合物由于其独特的几何和电子结构，在热活化延迟荧光型发光材料领域具有很大的应用潜力。然而，通过给体和受体之间的相互作用来调节材料的发光性能及其构效关系还尚未系统研究。

硼的空p轨道与邻近的π-共轭体系之间的p-π*共轭作用，大幅降低π-共轭体系的LUMO能级，从而赋予其独特的光电性能。基于这些特点，科研人员已开发出许多具有热激活延迟荧光性质的含硼多环芳烃。但是，将硼原子引入到螺环主体骨架并利用含硼多环芳烃的受体性质来调节热激活延迟荧光材料的发光性能的研究极少。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，发明人设计合成了一系列硼、氮双掺杂的螺环分子，通过对给体、受体单元的有效调控，开发出具有热激活延迟荧光性质的有机小分子发光材料。本发明提供的氮硼双掺杂的螺环分子具有高的荧光量子效率，良好的溶解性和热稳定性，将其作为发光层通过溶液法制备的OLED器件开启电压低，最大外量子效率高达22％，体现了其在OLED发光材料领域的应用潜力。

本发明第一个目的是提供一种氮硼双掺杂的螺环化合物，具有如下式(I)或式(II)所示的化学结构：

在通式(I)，(II)中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇选自如下一种或多种取代基：氢原子、卤素原子、含有1-4个碳原子的烷基、卤代烷基、硝基、磺酸基、氰基、甲酰基、乙烯基、烷酰基和烷基硫化物基团；X为O、S、N或C(R₈)₂，其中R₈为含有1-4个碳原子的烷基，或者X不存在；