方案详情
摘要：
通过Suzuki偶联反应合成了一种新的茚二噻吩衍生物9,9′-((4,4,9,9-四基(4-己基苯基)-4,9-二氢-s-茚二酚[1,2-b:5,6- b′]二噻吩-2,7-二基)二(4,1-苯基)二(9h-咔唑)(IDT-CB)，并用1H-NMR、13C-NMR和FTIR对其化学结构进行了证实。通过紫外可见吸光度和光致发光(PL)测定了其在溶液和固体薄膜中的光电性能。在波长为≥425nm处观察到紫外可见吸收，光学带隙为2.59eV。用循环伏安法(CV)测定HOMO-LUMO前沿轨道,HOMO=−5.9eV，LUMO=−3.89eV，估计带隙为2.01eV。光致发光的最大发射波长为556nm。以化合物IDT-CB为发射层(EL),采用玻璃/ITO/PEDOT:PSS (40nm)/IDT-CB(52nm)/FM的简单结构构建OLED器件。此前，该化合物以5mg/mL的浓度溶于THF中，并在薄膜和OLED制造中进行了相应的分析。溶液可加工的黄绿色oled通过旋转涂层组装，CIE坐标为(0.38,0.51)。测定了J-V曲线和亮度，导通电压为5.76V，最大亮度为1000cd/m2。
引言：
目前，广泛的有机半导体分子已被成功地设计和合成，其目的是优化其电学，光学，机械和化学性质[1]，以便它们可以应用于有机电子器件，如oled。
本文报道了一种新的IDT和咔唑衍生物(9,9'-(4,4,9,9-四基(4-己基苯基)-4,9-二氢-s-茚二酮[1,2-b:5,6-b']二噻吩-2,7-二基)双(4,1-苯基)双(9h-咔唑))的合成和表征，称为IDT-cb。它是通过铃木偶联反应得到的,测定了其吸收、发射和电化学性能。此外，用几种方法对其带隙进行了估计，包括计算研究。采用自旋镀膜技术制备了IDTCB薄膜，并通过原子力显微镜(AFM)对其形貌进行了测量，结果表明薄膜覆盖面积较大，RMS粗糙度为4nm，这使得使用该SM化合物通过湿法获得可靠的薄膜成为可能。因此，考虑到其有趣的特性，使用以下架构制造OLED器件：玻璃/ITO/PEDOT：PSS/IDT-CB/FM，其中FM表示Fields ' metal，这是Bi:In:Sn(32.5:51:16.5%)的共晶合金，熔点约62◦C[42]。制造的OLED发出黄绿色的光，CIE坐标为(0.38,0.51)。测量了J-V图和J-L(亮度)，导通电压为5.6V，最大亮度为1000cd/m2。这项研究显示了在电发光器件中使用这种IDT衍生物的可能性，这与通常将IDT衍生物应用于光伏应用的趋势形成了对比。
计算方法：
在密度泛函理论(DFT)框架下进行了理论计算。使用了两个软件包。Materials Studio的DMol3模块作为一种计算工具，在使用局部密度近似(LDA;PWC函数(在作者的案例中)，广义密度近似(GGA;测试了PBE、PBEsol、HCTH407、BLYP和VWN-BP)，并考虑了一些meta-GGA功能(以M06-L和M11-L为代表)。然而，在像IDT-CB这样的大分子上使用混合函数在计算上是令人禁止的(即使在具有多达15个并行进程和40GB RAM的个人计算机上)。因此，在超级计算机上使用高斯09软件包[45]进行此类计算：作者选择的混合函数是B3LYP， O3LYP和M06-2X。在所有的DMol3计算中，都使用DNP基集，它相当于people型6-31G(d,p)基集。在高斯计算中，作者将得到的结果与3个people型基集，即6-31G、6-31G(d)和6-31G(d,p)进行比较。
粗产物经层析纯化，得到橙色结晶固体(收率78.2%)，熔点为206.6℃。IDT-CB化学结构如图1所示。
结果与讨论：
图2a显示了甲苯、CHCl3、AcOEt和THF的紫外-可见吸收光谱。光谱似乎是由两个较窄的波段重叠成一个较宽的波段而形成的。图2b为同样4种溶剂的溶解中IDT-CB的发射光谱。表1总结了UV-Vis性质的结果，如：高能带的最大吸光度(1)，低能带的最大吸光度(2)，可视为图2a中的肩，两个波段的最大发射，以及每个波段的Stokes位移。Stokes位移约为50nm，除了THF为38nm。斯托克斯位移是由于分子和溶剂之间的相互作用，产生分子偶极矩值和基态和激发态之间的极化率的变化。
按照2.3制作薄膜，固体薄膜的吸收光谱和荧光光谱如图3所示。最大吸收波长为424nm。此外，在吸光度光谱中可以清楚地看到448nm处的肩带(图3a)。甲苯溶液和CHCl3溶液的吸光度和发射光谱相差5nm，这意味着这两种溶剂与IDT-CB的相互作用较小，对其电子性质的影响最小。荧光光谱显示出位于461nm和490nm的两个发射带。
测定电子转移反应，通过CV测定HOMO和LUMO轨道。图4a显示了与二茂铁/二茂铁(Fc/Fc+)相表示的IDT-CB (Eonsetox)的氧化起始电位。HOMO用方程EHOMO=−Eonsetox+5.1eV计算，LUMO用方程ELUMO=−Eonsetred+5.1计算，其中，还原起始势(Eonsetred)。4b和4c显示了一个Eonsetox和Eonsetred清晰标记的特写镜头(表2)。
图5a显示了该薄膜的特写，它具有多孔性，RMS粗糙度为4nm。表面被IDT-CB完全覆盖，没有孔洞。这一事实很重要，因为对于有机电子学和光电子学应用来说，这是制造此类器件的必要条件。用剃刀把薄膜切开，以估计薄膜的厚度。图5b显示了与图5a相比更宽的薄膜视图，证实了该薄膜在视场中没有孔。图5c为高度剖面图，从数据可以推断其厚度约为52nm。
作为一个说明性的例子，在图6中，作者展示了在理论水平M11-L/DNP和O3LYP/6-31g(d,p)下，真空中分离的IDT-CB分子的HOMO和LUMO分布。作者可以看到，没有一个轨道延伸到4-己基苯基取代基上(至少在0.03a.u.的等表面上)。在LUMO等面的情况下，对于咔唑三环体系也是如此，而在咔唑N原子上可以发现小的HOMO。
图7为IDT-CB的Tauc图，线性外推可知带隙为<s:1>=2.63eV。
为了测试IDT-CB化合物在有机电子器件中的适用性，制备了简单结构（玻璃/ITO/PEDOT:PSS(40nm)/IDT-CB(52nm)/FM）并对其进行了表征。OLED的电致发光如图8a所示。最大发射发生在556nm处，对应于CIE坐标(0.38,0.51)的黄绿色(图8b)。根据图8c所示数据，计算其最优驱动电压为5.76V。
总结：
合成了一种新的吲哚二噻吩衍生物，称为IDT-CB，并在简单的OLED结构中被表征为EL。在使用的不同溶剂中，与固体薄膜相比，THF对化合物溶解时的光学电子性质的修饰越少。采用外推法(分别为2.54eV和2.56eV)和Tauc方程(2.64eV)估算了THF溶液和薄膜中IDT-CB的光学带隙，两者均与O3LYP泛函得到的理论值(2.60eV)一致。然而，CV表明，Eg刚好在2.0eV左右。后者的结果与包括LDA、GGA和meta-GGA泛函(1.90eV至2.1eV)在内的计算研究一致，然而，B3LYP虽然被认为是最可靠的泛函之一，但不能正确预测出Eg(≈3eV)。在将来设计类似分子时应考虑到这一事实。对薄膜表面的形貌研究表明，薄膜的RMS粗糙度相对较低(4nm)，厚度约为52nm，并且能够通过旋转涂层技术覆盖相对较大的无孔区域。因此，在以下配置下制造oled:玻璃/ITO/PEDOT:PSS/IDT-CB/FM。电致发光以556nm为中心，对应于黄绿色光。在5.76V的最佳驱动电压下，导通电压为5.63V，最大亮度为≈1000cd/m2。虽然类似的IDT衍生物通常用于有机光伏电池，但作者已经证明IDT-cb适合将其作为EL合并到OLED器件中。
文章详情：https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2023.137121
北京泰科博思科技有限公司是BIOVIA Materials Studio官方指定代理商，有关软件详情或者技术支持请咨询北京泰科。
电话：010-64951848
邮箱：sales@tech-box.com.cn
北京泰科为广大学习分子模拟科研人员提供了交流讨论平台，泰科建立了BIOVIA Pipeline Pilot和Materials Studio交流群，群里有专业老师解答问题，如有兴趣一起交流，欢迎来电/邮申请入群，作者期待您的参与！
北京泰科涉及行业
材料研发
基于BIOVIA Materials Studio材料设计平台，提供涉及电池、航空航天、国防军工、建筑、涂料涂层等多领域材料研发软件及综合解决方案
药物研发
针对药物设计、药物研发等提供基于Discovery Studio、COSMOLOGIC等软件的ADME、构象比对、溶剂筛选、结晶、成盐、共晶筛选、稳定性、溶解度pKa、分配系数等性质的模拟预测软件及方案
化工设计
面向精细化工、新能源、石油化工等领域提供精馏萃取催化剂设计、热力学性质（溶解度、粘度等）、提纯表面处理吸附等性质模拟软件平台及解决方案
数据挖掘
基于Pipeline Pilot提供数据搜集、数据清洗、特征工程、机器学习、流程设计等多种数据挖掘综合解决方案
一体化实验室
• 实验室信息管理
• 电子实验记录本/SOP执行
• 试剂耗材管理
• 仪器管理
• 数据管理
部分产品
量化材料类
• Crystal：固体化学和物理性质计算软件
• Diamond：晶体结构数据可视化分析
• Endeavour：强大的求解晶体结构的软件
• Molpro：高精度量化软件
• Molcas：多参考态量软件
• Turbomole：快速稳定量化软件
• TeraChem：GPU上运行的量化计算软件
• Spartan：分子计算建模软件
数据分析类
• GelComparll：凝胶电泳图谱分析软件
• SimaPro：生命周期评估软件
• Unscrambler：完整多变量数据分析和实验设计软件
• CSDS：剑桥晶体结构数据库
• lCDD：国际衍射数据中心数据库
• ICSD：无机晶体结构数据库
• Pearson’s CD：晶体数据库
公司简介
北京泰科博思科技有限公司（Beijing Tech-Box S&T Co. Ltd.）成立于2007年，是国内领先的分子模拟及虚拟仿真综合解决方案提供商。
北京泰科博思科技有限公司与国际领先的模拟软件厂商、开发团队深入合作，为高校、科研院所和企业在材料、化工、药物、生命科学、环境、人工智能及数据挖掘、虚拟仿真教学等领域提供专业的整体解决方案。用户根据需要在我们的平台上高效的进行各种模拟实验，指导实际的生产设计。
北京泰科博思科技有限公司拥有一支一流的技术服务团队和资深的专家咨询团队，以客户真正需求出发，服务客户，为客户创造价值。我们秉承“职业、敬业、担当、拼搏、合作”的企业精神，致力于用国际领先的软件产品和专业全面的技术支持服务，成为客户可信赖的合作伙伴。
相关产品
联系方式
公司地址：北京市朝阳区安慧里四区15号
中国五矿大厦419室
电话：010-64951848
传真：010-58603969
销售部：sales@tech-box.com.cn
泰科博思二维码
