具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料及制备方法和应用

本发明涉及发光材料，尤其涉及一种具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、磷光是一种辐射跃迁，区别于荧光，其是在不同电子自旋多重态之间进行的。一般来讲，磷光是指稳定分子中的三线态到单线态的跃迁(即在第一个激发三线态(t1)和基态单线态(s0)之间的跃迁)。磷光分子对于环境因素比较敏感，例如分子聚集、温度和氧气等。早期受限于理论知识和发展，人们一般都是在低温下或者惰性气体保护氛围中进行分子磷光的研究。这也就意味着磷光分子很难进行加工应用到实际场景中，也阻止了磷光现象的在不同领域中应用，例如在生物光学和光电子学中的技术应用(荧光分子在这些领域已经取得了良好的发展)。

2、传统的室温磷光材料多是基于无机化合物和有机金属配合物，这些金属元素包括铂、铱、锇等，借助于金属元素的d轨道，能够有效的实现自旋轨道耦合进而获得高性能室温磷光材料。然而，这类材料也有其不可忽视的缺点。无机化合物种类有限、加工性较差；相比之下，有机金属配合物种类多样、加工性较好，但是需要依赖贵重金属。此外，毒、重金属的引入危害环境及生物健康，不利于生物利用。因此发展无金属的纯有机磷光材料具有独特优势：首先，有机物来源广、易修饰改造、成本低；其次，有机物柔韧性好、成膜性好、可溶液加工和大面积制备，使其在柔性显示、可穿戴电子设备等领域具有潜在的应用前景；再次，纯有机材料具有优异的生物兼容性，有益于发展安全的生物材料。然而，设计纯有机室温磷光材料是极具挑战性的工作，一般有机分子的内部磁扰动太弱导致无法促进自旋禁阻的三线态－单线态的磷光福射跃迁并且较难得到比较高的量子产率。这个过程跃迁速率较慢，一般不能与非辐射的电子能量转移到振动和平动相竞争，因此，通过分子碰撞而产生的振动弛缓的磷光猝灭是有机磷光材料在自然条件下量子产率低的主要原因。

3、尽管纯有机室温磷光材料的发光性能在近五年得到了较大幅度的提升，但是磷光材料的构筑基元仍然局限于咔唑、三苯胺等结构，因此发展新的结构基元构建新型有机室温磷光分子是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料及其制备方法，解决现有技术中的纯有机室温磷光材料数量极度缺乏、分子结构单一、发光性能较差等问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料，所述纯有机室温磷光材料的结构式为以下i和ii中的任一种，

3、

4、其中，x为cl、br或cn中的任一种。

5、根据本发明的另一方面，还提供一种具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料的制备方法，将结构式ⅲ所示的化合物与反应试剂、碱性试剂混合，在极性有机溶剂中进行亲核取代反应，得到基于菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料，

6、

7、其中，x为h、cl、br或cn中的任一种；当制备式i所示的纯有机室温磷光材料时，所述反应试剂为结构式iv所示的化合物；当制备式ii所示的纯有机室温磷光材料时，所述反应试剂为结构式iv所示的化合物和氯\溴取代的丁二酰亚胺，所述结构式ⅲ所示的化合物先与氯\溴取代的丁二酰亚胺进行亲电反应，得到的反应物再与结构式iv所示的化合物和碱性试剂进行亲核反应。

8、在本发明提供的制备方法中，制备式i所示的纯有机室温磷光材料时，所述碱性试剂、所述结构式iv所示的反应试剂和所述结构式ⅲ所示的化合物的摩尔比为1.5:1.5:1。

9、在本发明提供的制备方法中，所述碱性试剂为碳酸钾。

10、在本发明提供的制备方法中，所述极性有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

11、在本发明提供的制备方法中，所述亲核反应的反应温度为100℃，反应时间为8h-12h。

12、在本发明提供的制备方法中，所述结构式ⅲ所示的化合物先与氯\溴取代的丁二酰亚胺的摩尔比为1:1.1。

13、在本发明提供的制备方法中，所述亲电反应的反应温度为100℃。

14、根据本发明的再一方面，还提供如上所述的具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料和/或如上所述的具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料的制备方法在有机电致发光器件、化学传感、生物成像和数据加密与防伪标记中的应用。

15、本发明的具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料及其制备方法和应用，具有以下有益效果：本发明中通过简单地构建菲啶酮结构的π-共轭结构，获得了一种发光寿命长且发光效率较高的纯有机室温磷光材料；这种设计原理具有简单和普适性的优点；本发明的纯有机室温磷光材料发光寿命长且发光效率高，丰富了现有的构筑基元，通过引入不同推拉结构的取代基能够实现发光性质的调控；本发明的制备方法简单、原料价廉易得、反应步骤少、反应条件温和、产率较高、易于实现产业化；本发明的制备方法有利于在主核结构引入推拉电子功能基，促进纯有机室温磷光材料在有机电致发光器件、化学传感、生物成像和数据加密与防伪标记等方面的应用。

技术特征：

1.一种具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料，其特征在于，所述纯有机室温磷光材料的结构式为以下i和ii中的任一种，

2.一种具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料的制备方法，其特征在于，将结构式ⅲ所示的化合物与反应试剂、碱性试剂混合，在极性有机溶剂中进行亲核取代反应，得到基于菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，制备式i所示的纯有机室温磷光材料时，所述碱性试剂、所述结构式iv所示的反应试剂和所述结构式ⅲ所示的化合物的摩尔比为1.5:1.5:1。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱性试剂为碳酸钾。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述极性有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述亲核反应的反应温度为100℃，反应时间为8h-12h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述结构式ⅲ所示的化合物先与氯\溴取代的丁二酰亚胺的摩尔比为1:1.1。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述亲电反应的反应温度为100℃。

9.一种权利要求1所述的具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料和/或权利要求2～8任一项所述的具有菲啶酮结构的纯有机室温磷光材料的制备方法在有机电致发光器件、化学传感、生物成像和数据加密与防伪标记中的应用。

技术总结
本发明中通过简单地构建菲啶酮结构的π‑共轭结构，获得了一种发光寿命长且发光效率较高的纯有机室温磷光材料；这种设计原理具有简单和普适性的优点；本发明的纯有机室温磷光材料发光寿命长且发光效率高，丰富了现有的构筑基元，通过引入不同推拉结构的取代基能够实现发光性质的调控；本发明的制备方法简单、原料价廉易得、反应步骤少、反应条件温和、产率较高、易于实现产业化；本发明的制备方法有利于在主核结构引入推拉电子功能基，促进纯有机室温磷光材料在有机电致发光器件、化学传感、生物成像和数据加密与防伪标记等方面的应用。

技术研发人员：唐本忠,王德亮,熊玉,赵征
受保护的技术使用者：香港科技大学深圳研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13