Novos complexos luminescentes de Cu (I) com fosfinas modificadas para aplicação em OLEDs

Abstract

O desenvolvimento de novos materiais com propriedades luminescentes tem atraído considerável atenção nos últimos anos, principalmente no que se refere a eletrônica orgânica. Em especial, os dispositivos eletrônicos emissores de luz (OLEDs) vêm sendo destaque devido as suas propriedades singulares de flexibilidade e transparência. Neste sentido, muitos grupos de pesquisa se dedicam ao estudo e desenvolvimento de novos materiais nesse segmento, onde complexos de cobre (I) que apresentem fluorescência atrasada termicamente ativada (TADF) têm sido explorados. Entre as principais vantagens de utilizar o cobre está a alta disponibilidade na crosta terrestre em comparação com os metais utilizados atualmente, como irídio e platina, o que reduz os custos de fabricação dos dispositivos, além de possuir propriedades estruturais e luminescentes interessantes. Neste trabalho é apresentada a síntese e caracterização de quatro novos complexos de cobre(I) com os ligantes imínicos 1,10-fenantrolina e 2-(1H-tetrazol-5-il) piridina e diferentes ligantes aminofosfínicos. As técnicas instrumentais de espectroscopia de IR, UV-Vis, espectrometria de massas, análise elementar de CHN e difratometria de raios-X foram utilizadas para caracterização estrutural dos compostos. O estudo das propriedades fotofísicas foi realizado utilizando as técnicas de espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia dependente do tempo e da temperatura. Foram observados que o uso de aminofosfinas causou mudanças significativas nas propriedades emissivas, principalmente na redução do tempo de vida e na diferença de energia entre os estados singleto e tripleto. Predições teóricas utilizando teoria do funcional de densidade dependente do tempo (TD-DFT) e TDDFT com acoplamento spin-órbita permitiram a atribuição das transições eletrônicas, bem como o cálculo dos elementos de matriz do acoplamento spin-órbita e a diferença de energia entre os estados singleto e tripleto. As análises experimentais e teóricas levaram a uma proposta de mecanismo de emissão dos complexos majoritariamente via TADF. Os complexos contendo o ligante 2-(1H-tetrazol-5-il) piridina foram aplicado como camada emissora em um OLED por apresentarem os melhores valores de rendimento quântico ( > 20% em sólido), se mostrando promissor frente aos já existentes, apresentando um valor de luminância de até 623,8 cd m-2.

Abstract: The development of new materials with luminescent properties has attracted considerable attention in recent years, mainly regarding organic electronics. Especially, organic light emitting diodes (OLEDs) have been highlighted due to their unique properties of flexibility and transparency. In this perspective, many research groups are dedicated to the study and development of new materials at this segment, where copper (I) complexes with thermally activated delayed fluorescence (TADF) have been explored. The main advantages of using copper include the high availability in the earth's crust compared to the metals currently used, such as iridium and platinum, which reduces the fabrication costs of the devices, as well as having interesting structural and luminescent properties. This work presents the synthesis and characterization of four new copper (I) complexes with the imine ligands 1,10-phenanthroline and 2- (1H-tetrazol-5-yl) pyridine and different aminophosphine ligands. Instrumental techniques such as IR spectroscopy, UV-Vis, mass spectrometry, CHN elemental analysis and X-ray diffractometry were used for structural characterization of the compounds. The study of photophysical properties was performed using photoluminescence spectroscopy and time and temperature dependent spectroscopy techniques. It was observed that the use of aminophosphines significantly changes the emissive properties, mainly in the reduction of the lifetime and in the energy difference between the singlet and triplet states. Theoretical predictions using time-dependent density functional theory (TDDFT) and spin-orbit coupling TDDFT allowed the assignment of the electronic transitions as well as the calculation of the spin-orbit coupling matrix elements and the energy difference between the singlet and triplet states. The experimental and theoretical analyzes led to a proposal of the mechanism of emission of the comsplexes majority driven via TADF. The complexes containing the ligand 2- (1H-tetrazol-5-yl) pyridine were applied as an emitter layer in an OLED because they present the best values of quantum yield (> 20% in solid), showing promise compared to the existing ones, presenting a luminance value of up to 623.8 cd m-2.