專利名稱:高純8-羥基喹啉鋁類化合物及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及高純8-羥基喹啉鋁類配合物的制備方法,具體涉及利用有機(jī)溶劑中液相化學(xué)反應(yīng)方法在室溫下高產(chǎn)率制備8-羥基喹啉鋁類化合物的方法,屬于有機(jī)電致發(fā)光材料和器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
8-羥基喹啉鋁由于具有很高的熱穩(wěn)定性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電子傳輸性能和發(fā)光性能是目前最廣泛用于電致發(fā)光器件的材料,有關(guān)報道見鄧青云;范.史萊克,應(yīng)用物理快報,1987,51,913.(Tang,C.W.;Van Slyke,S.A.Appl.Phys.Lett.1987,51,913)M.布里克曼,等.美國化學(xué)會誌,2000,122,5147.(Brinkmann,M.,et al. J.Am.Chem..Soc.2000,122,5147).但目前所使用的8-羥基喹啉鋁是由8-羥基喹啉和鋁鹽在堿性條件下反應(yīng)得到的,并自1883年起沿用至今,竇北訥,米勒,德國化學(xué),1883,16,1664(Doebner,O,Miller,W.V.Chem.Ber.1883,16,1664;Doebner,O,Miller,W.V.Chem.Ber.1883,16,2464).然而,這種反應(yīng)時間長,產(chǎn)率低,產(chǎn)物純度低,需經(jīng)多步提純,因而價格昂貴。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種高純8-羥基喹啉鋁類化合物及其高產(chǎn)率制備高純8-羥基喹啉鋁類化合物的方法,低成本大批量地制備高純度用于電致發(fā)光器件的明星材料8-羥基喹啉鋁。
本發(fā)明的高純8-羥基喹啉鋁類化合物是利用LiAlH4和含活性氫的化合物在室溫下反應(yīng)獲得的,該方法可同時制備8-羥基喹啉鋁類化合物和8-羥基喹啉鋰。
化學(xué)反應(yīng)式如下
上述反應(yīng)式中,取代基R1-R6為H,C1-C20的烷基,或環(huán)烷基,鹵素,含N,O,S等雜原子基團(tuán)等。
本發(fā)明8-羥基喹啉鋁類化合物的制備方法包括如下步驟1.有機(jī)溶劑的準(zhǔn)備有機(jī)溶劑選自醇類、芳香族、烷烴、吡啶類、醚類、酯類或酮類之一,要求有較高的沸點(diǎn)和較好的化學(xué)穩(wěn)定性,將要使用的有機(jī)溶劑蒸餾,加入活潑的堿金屬或堿土金屬片除氧除水,在惰性氣氛下保存待用。須注意選取的除水除氧劑不能與有機(jī)溶劑自身起反應(yīng)。
2.在惰性氣氛保護(hù)下,將8-羥基喹啉或2-甲基-8-羥基喹啉溶入有機(jī)溶劑中,邊溶解邊快速攪拌,使其完全溶解后得到濃度為0.01-10摩爾/升的溶液。
3.在持續(xù)攪拌情況下,將化學(xué)計量比的LiAlH4加入到上述溶液中。反應(yīng)瞬間發(fā)生,溶液開始變黃,并有氣體放出。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,溶液中有固體析出,1~10分鐘,反應(yīng)結(jié)束。
4.將溶液過濾,所得固體經(jīng)提純干燥后,經(jīng)化學(xué)分析,確定是8-羥基喹啉鋁或2-甲基-8-羥基喹啉鋁。
需要注意的是,由于反應(yīng)劇烈,LiAlH4加入的速度不能太快,小部份緩慢地加入為宜。
本發(fā)明所得材料用于①電致發(fā)光器件的電子輸送層和發(fā)光層,②單色、多色、彩色或白色發(fā)光器件,③紅色發(fā)光器件及磷光器件的基底材料。
所述發(fā)光器件作為平面顯示器在儀器儀表,電視,手表,計算機(jī)屏幕,道路標(biāo)識,作業(yè)服,安全標(biāo)識,照明等領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明所得材料用于雙層有機(jī)電致發(fā)光器件詳述如下
雙層有機(jī)電致發(fā)光器件組成如圖1所示,1層是玻璃基板,在玻璃上是ITO陽極(2層),3是空穴輸送層,4是Alq3層作于電子輸送和發(fā)光層,5層是陰極。3和4層是有機(jī)層,所以叫雙層有機(jī)電致發(fā)光器件。器件制備過程分以下幾個步驟首先是帶ITO層基板的清洗.先用洗滌劑除去ITO基板上可能存在的油膜和不純物,再在去離子水中用超聲波洗30分鐘,用氮?dú)獯蹈珊螅僭诋惐贾谐暡ㄏ?0分鐘,用氮?dú)獯蹈珊髠溆谩?昭ㄝ斔蛯佑谜婵照舭l(fā)法或旋轉(zhuǎn)涂膜法制備,在空穴輸送層上用真空蒸發(fā)法蒸上發(fā)光層和金屬陰極。
LiAlH4是一廣泛用于有機(jī)及無機(jī)化學(xué)的強(qiáng)還原劑,與許多含活性氫的化合物激烈反應(yīng)。LiAlH4和8-羥基喹啉反應(yīng)在室溫下就可瞬間完成,所得產(chǎn)物是8-羥基喹啉鋁,8-羥基喹啉鋰,和氫氣。不產(chǎn)生任何污染物,是一環(huán)保化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)率高,產(chǎn)物易提純,所需設(shè)備簡單,易于大量生產(chǎn),可以大幅度降低成本。
本發(fā)明方法的顯著特征就在于反應(yīng)過程是在室溫條件下完成的,不需任何催化劑,所得產(chǎn)物均為有用物質(zhì),不產(chǎn)生任何廢品,易于實(shí)現(xiàn)低成本大批量制備,且產(chǎn)率高,不污染環(huán)境。
利用LiAlH4和8-羥基喹啉類含活性氫物質(zhì)反應(yīng),在室溫下不用任何催化劑,快速高產(chǎn)率制備了目前最廣泛地用于有機(jī)電致發(fā)光器件的8-羥基喹啉鋁及其類似化合物.利用這一方法大幅度提高了8-羥基喹啉鋁類化合物的產(chǎn)率,減化了合成和提純步驟,提高了產(chǎn)品純度。
本發(fā)明研究了在不同溶劑中結(jié)晶的8-羥基喹啉鋁的晶體結(jié)構(gòu).結(jié)果表明包含不同溶劑的結(jié)晶8-羥基喹啉鋁(Alq3.CH3CH2OH,Alq3.CH3OH,Alq3.0.5CH3COCH3)同屬單斜晶系,P21/n空間群,首次確定了8-羥基喹啉鋁.乙醇(Alq3.CH3CH2OH)的單晶結(jié)構(gòu).其晶胞參數(shù)為a=11.214(9),b=13.272(5),c=16.726(3),=93.94(3)°V=2483.5300。
本發(fā)明還研究了用8-羥基喹啉鋁作為電子傳輸和發(fā)光層時雙層有機(jī)電致發(fā)光器件的性能,并和現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,用這一方法制備的8-羥基喹啉鋁具有比現(xiàn)有產(chǎn)品更高的純度,其器件發(fā)光效率和發(fā)光輝度都得到了提高。在12伏的驅(qū)動電壓下,雙層器件ITO/PVK∶TPD(1∶1)/Alq3/Mg發(fā)光輝度達(dá)到了22000cd/m2.而在同樣條件下,用現(xiàn)有Alq3制備的雙層器件的發(fā)光輝度僅達(dá)15000cd/m2。
本方法制備的Alq3類不僅可以作為電子輸送和發(fā)光材料,還可用于紅色發(fā)光及磷光材料的基質(zhì)材料,在單色,多色,彩色,及白色平面顯示及照明。因而是有機(jī)電致發(fā)光器件的理想材料。通過使用該方法,不僅將極大地降低8-羥基喹啉鋁及電致發(fā)光平面顯示器件的生產(chǎn)成本,而且可以降低通常方法生產(chǎn)8-羥基喹啉鋁時對環(huán)境的污染。本發(fā)明制備的材料可廣泛應(yīng)用與儀器儀表顯示,手機(jī)屏幕,手表顯示,計算機(jī),電視及照明等。
圖1是雙層電致發(fā)光器件(ITO/PVK∶TPD/Alq3/Mg∶Ag)結(jié)構(gòu)示意圖,其中1是基板,2是ITO陽極,3是空穴傳輸層,4是電子傳輸,5是陰極。
圖2是Alq3.EtOH的晶體結(jié)構(gòu)。
圖3是雙層器件的電流-電壓曲線。其中(■)發(fā)光層用本發(fā)明制備的Alq3;(▲)發(fā)光層用商品化的Alq3。
圖4是雙層器件的輝度-電壓曲線。其中(■)發(fā)光層用本發(fā)明制備的Alq3;(▲)發(fā)光層用商品化的Alq3。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1乙醇中8-羥基喹啉鋁(Alq3)的制備以乙醇作溶劑,合成8-羥基喹啉鋁的總反應(yīng)是 具體操作如下在N2保護(hù)下,將分析純的8-羥基喹啉溶于除氧除水后的乙醇中,溶液中8-羥基喹啉濃度0.5摩爾/升,然后將氫化鋁鋰分批加入溶有8-羥基喹啉的溶液中。在氫化鋁鋰加入的同時,可以看到有氣泡從反應(yīng)容器中溢出,反應(yīng)溶液變黃。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,有黃色熒光性固體沉淀出來。待氫化鋁鋰全部加入后,繼續(xù)攪拌10分鐘。抽濾,固體收集后,經(jīng)索氏提取器提純后,可定量得到產(chǎn)物。圖2是Alq3.EtOH的晶體結(jié)構(gòu)。其晶胞參數(shù)為a=11.214(9),b=13.272(5),c=16.726(3),=93.94(3)°V=2483.5300實(shí)施例2雙層電致發(fā)光器件按實(shí)施例1制備的8-羥基喹啉鋁,加工成的雙層電致發(fā)光器件,結(jié)構(gòu)如圖1,性能如圖3和圖4。其中,陽極為ITO玻璃,空穴傳輸層為TPD摻雜PVK,電子傳輸層為Alq3,陰極為Mg∶Ag。按Alq3的不同來源,器件分別表示為系列1(本實(shí)施例制備Alq3)和系列2(商品化Alq3)。圖3和圖4分別是這兩系列器件的電流-電壓和輝度-電壓曲線。從圖中可以看出用本方法制備的Alq3作為電子輸送層和發(fā)光層時,器件的發(fā)光效率比用商品化Alq3器件的發(fā)光效率高,表明本方法制備的Alq3具有較好的性能。
實(shí)施例3乙醇中2-甲基-8-羥基喹啉鋁的制備如實(shí)施例1所述,所不同的是用2-甲基-8-羥基喹啉代替了8-羥基喹啉。
實(shí)施例4甲醇中8-羥基喹啉鋁的制備如實(shí)施例1所述,所不同的是所用有機(jī)溶劑是甲醇。
實(shí)施例5CH3COCH3中8-羥基喹啉鋁的制備如實(shí)施例1所述,所不同的是所用有機(jī)溶劑是CH3COCH3。
實(shí)施例6在乙醚中8-羥基喹啉鋁的制備如實(shí)施例1所述,所不同的是所用有機(jī)溶劑是乙醚。
實(shí)施例7在甲苯中8-羥基喹啉鋁的制備如實(shí)施例1所述,所不同的是所用有機(jī)溶劑是甲苯。
實(shí)施例8在乙酸乙酯中8-羥基喹啉鋁的制備如實(shí)施例1所述,所不同的是所用有機(jī)溶劑是乙酸乙酯。
權(quán)利要求
1.高純8-羥基喹啉鋁類化合物,其特征在于,是利用LiAlH4和含活性氫的化合物在室溫下反應(yīng)獲得的,化學(xué)反應(yīng)式如下 上述化學(xué)反應(yīng)式中,取代基R1-R6為H,C1-C20的烷基,或環(huán)烷基,鹵素,含N,O,S等雜原子基團(tuán)。
2.權(quán)利要求1所述高純8-羥基喹啉鋁類化合物的制備方法,包括如下步驟(1)有機(jī)溶劑的準(zhǔn)備有機(jī)溶劑選自醇類、芳香族、烷烴、吡啶類、醚類、酯類或酮類之一,將有機(jī)溶劑蒸餾,加入活潑的堿金屬或堿土金屬片除氧除水,在惰性氣氛下保存待用;(2)在惰性氣氛保護(hù)下,將8-羥基喹啉或2-甲基-8-羥基喹啉溶入有機(jī)溶劑中,邊溶解邊快速攪拌,使其完全溶解后得到濃度為0.01-10摩爾/升的溶液;(3)在持續(xù)攪拌情況下,將化學(xué)計量比的LiAlH4加入到上述溶液中,溶液中有固體析出,1~10分鐘內(nèi),反應(yīng)結(jié)束;(4)將溶液過濾,所得固體提純干燥,得產(chǎn)物。
3.權(quán)利要求1所述高純8-羥基喹啉鋁類化合物用于電致發(fā)光器件的電子輸送層和發(fā)光層,單色、多色、彩色或白色發(fā)光器件,或紅色發(fā)光器件及磷光器件的基底材料。
4.如權(quán)利要求3所述的高純8-羥基喹啉鋁類化合物的應(yīng)用,其特征在于,用于雙層有機(jī)電致發(fā)光器件,玻璃基板上是ITO陽極,其上是空穴傳輸層,Alq3層作為電子輸送和發(fā)光層,最上層是陰極。
全文摘要
高純8-羥基喹啉鋁類化合物及其制備方法與應(yīng)用,屬于有機(jī)電致發(fā)光材料和器件技術(shù)領(lǐng)域。高純8-羥基喹啉鋁類化合物是利用LiAlH
文檔編號C07D215/00GK1483724SQ0311244
公開日2004年3月24日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者陶緒堂, 蔣民華 申請人:山東大學(xué)