一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体及其制备方法

摘要

本申请属于金属配合物领域，具体涉及一种具有铁电性质的8‑羟基喹啉锌配合物晶体及其制备方法。本发明所提供的8‑羟基喹啉锌配合物晶体的化学结构如式(I)所示，具有独特的铁电性质，并表现出良好的热稳定性、较长的荧光寿命和高发光强度，可用于制备可调控的铁电发光器件；此外，本发明所提供的锌配合物晶体不含稀土元素，原料成本低廉，来源广泛，设备简单，工艺优化，可实现大规模的生产，具有广阔的商业化前景。

权利要求

1.一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体，具有如式I所示的结构：

2.一种权利要求1所述的8-羟基喹啉锌配合物晶体的制备方法，包括：a)将2-甲基-8-羟基喹啉和2-三氟甲基苯甲醛在反应溶剂中进行反应，得到反应中间体；

b)将步骤a)得到的反应中间体依次与吡啶、水反应，得到配体；

c)将步骤b)得到的配体和锌盐在反应溶剂中进行反应，得到所述8-羟基喹啉锌配合物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述反应溶剂为乙酸酐。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述反应的条件为：在惰性气体的保护下进行加热回流；

所述惰性气体为氮气、氩气或氦气；

所述加热回流的温度为140～145℃，时间为10～12h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中在加入吡啶后先加热搅拌，然后再加入水进行回流加热。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为142～145℃，时间为20～30min；

所述回流加热的温度为142～145℃，时间为3～5h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述锌盐为：碘化锌、高氯酸锌、硝酸锌或氯化锌中的一种或多种；

所述配体和锌盐的摩尔比为(1～3):(4～7)。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶液；

所述配体和N,N-二甲基甲酰胺的比例为1mmol:(45～55)mL；

所述N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合体积比为(4～6):(2～4)。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述反应的温度为60～80℃，时间为24h。

说明书

一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属配合物领域，具体涉及一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体及其制备方法。

背景技术

[0002] 铁电晶体材料是一类具有铁电性质的晶体材料。该类材料具有铁电块体材料的物理性质，如铁电特性、介电特性、压电特性、热释电特性等，被广泛应用于微电子器件、微型机械、传感器等领域。而铁电发光材料，是同时具备铁电特性和光致发光特性的铁电材料，在可调控的光电材料与器件领域具有相当重要的应用价值。

[0003] 发光材料是器件中最终承担发光功能的物质，因此发光材料的发光效率、发光寿命和发光色度等性质都将对OLED的性能产生直接影响。作为OLED中的发光材料应该具备如下条件：1)具有高效率的固态荧光，无明显的浓度猝灭现象；2)具有良好的化学稳定性和热稳定性，不与电极和载流子传输材料发生反应；3)容易形成致密的非晶态薄膜并且不易结晶；4)具有适当的发光波长；5)具有良好的导电特性及一定的载流子传输能力。

[0004] 8-羟基喹啉金属配合物具有良好的热稳定性、高荧光性以及其很好的电子传输功能，故成为应用到OLED中最可靠的电子传输和发射的材料之一。探究具有铁电性质的8-羟基喹啉衍生物，开发新型铁电发光材料，可以拓展该类材料的应用领域，满足不同条件下的应用需求。已报道的铁电发光材料大多含有价格高昂的稀土金属元素，如稀土掺杂钛酸铋(BiLn)4Ti3O12、稀土掺杂钛酸钡(BaLn)TiO3、稀土掺杂钒酸铋(BiLn)2VO5.5等体系。因此研究开发廉价易制备得到的新型铁电发光晶体材料对该类材料的商业化具有重大意义。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体及其制备方法，本发明所提供的8-羟基喹啉锌配合物晶体不仅具有铁电性质，还兼备较高的发光强度、良好的热稳定性以及较长的荧光寿命等优点。

[0006] 本发明的具体技术方案如下：

[0007] 本发明提供了一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体，具有如式Ⅰ所示的结构：

[0008]

[0009] 本发明还提供了一种上述8-羟基喹啉锌配合物晶体的制备方法，包括：

[0010] a)将2-甲基-8-羟基喹啉和2-三氟甲基苯甲醛在反应溶剂中进行反应，得到反应中间体；

[0011] b)将步骤a)得到的反应中间体依次与吡啶、水反应，得到配体；

[0012] c)将步骤b)得到的配体和锌盐在反应溶剂中进行反应，得到所述8-羟基喹啉锌配合物。

[0013] 优选的，步骤a)中所述反应溶剂为乙酸酐。

[0014] 优选的，步骤a)所述反应的条件为：在惰性气体的保护下进行加热回流；

[0015] 所述惰性气体包括氮气、氩气或氦气；

[0016] 所述加热回流的温度为140～145℃，时间为10～12h。

[0017] 优选的，步骤b)中在加入吡啶后先加热搅拌，然后加入水进行回流加热。

[0018] 优选的，所述加热搅拌的温度为142～145℃，时间为20～30min；

[0019] 所述回流加热的温度为142～145℃，时间为3～5h。

[0020] 优选的，步骤c)中所述锌盐包括：碘化锌、高氯酸锌、硝酸锌或氯化锌中的一种或多种；

[0021] 所述配体和锌盐的摩尔比为(1～3):(4～7)。

[0022] 优选的，步骤c)所述反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶液；

[0023] 所述配体和N,N-二甲基甲酰胺的比例为1mmol:(45～55)mL；

[0024] 所述N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合体积比为(4～6):(2～4)。

[0025] 优选的，步骤c)中所述反应的温度为60～80℃，时间为24h。

[0026] 本发明提供了一种8-羟基喹啉锌配合物晶体，其化学结构如式(I)所示，具有独特的铁电性质，并表现出良好的热稳定性、较长的荧光寿命和高发光强度，可用于制备可调控的铁电发光器件；此外，本发明所提供的锌配合物晶体不含稀土元素，原料成本低廉，来源广泛，设备简单，工艺优化，可实现大规模的生产，具有广阔的商业化前景。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0028] 图1为实施例1中得到的8-羟基喹啉锌配合物的核磁共振氢谱；

[0029] 图2为实施例1中得到的8-羟基喹啉锌配合物的晶体结构图；

[0030] 图3为实施例1中得到的8-羟基喹啉锌配合物的层状结构图；

[0031] 图4为实施例1中得到的8-羟基喹啉锌配合物的PXRD图；

[0032] 图5为实施例1中配体和锌配位过程的紫外滴定光谱图；

[0033] 图6为实施例1中8-羟基喹啉锌配合物和配体的固体荧光光谱图；

[0034] 图7为实施例1中得到的8-羟基喹啉锌配合物的荧光寿命曲线图；

[0035] 图8为实施例1中得到的8-羟基喹啉锌配合物的热重分析图(TGA)；

[0036] 图9为实施例1中室温条件下小量8-羟基喹啉锌配合物固体样品板的电滞回线。

具体实施方式

[0037] 本发明提供了一种具有铁电性质的8-羟基喹啉锌配合物晶体，具有如式(Ⅰ)所示的结构：

[0038]

[0039] 本发明还提供了一种上述8-羟基喹啉锌配合物晶体的制备方法，包括：

[0040] a)将2-甲基-8-羟基喹啉和2-三氟甲基苯甲醛在反应溶剂中进行反应，得到反应中间体，该反应中间体的化学名称为(E)-2-[2-三氟甲基-苯基乙烯基]-8-乙酰氧基喹啉；

[0041] 其中，步骤a)中涉及的反应方程式如下：

[0042]

[0043] b)将步骤a)得到的反应中间体依次与吡啶、水反应，得到配体，该配体的化学名称为(E)-2-[2-三氟甲基-苯基乙烯基]-8-羟基喹啉；

[0044] 其中，步骤b)中涉及的反应方程式如下：

[0045]

[0046] c)将步骤b)得到的配体和锌盐在反应溶剂中进行反应，得到所述8-羟基喹啉锌配合物；

[0047] 其中，步骤c)中涉及的反应方程式如下：

[0048]

[0049] 在本发明中，步骤a)中所采用的反应溶剂优选为乙酸酐；

[0050] 所述反应的条件为：在惰性气体的保护下进行加热回流。

[0051] 进一步的，所述加热回流的温度为140～145℃，时间优选为10～12h，更优选为11h；

[0052] 所述惰性气体优选为氮气、氩气或氦气，更优选为氮气；

[0053] 2-甲基-8-羟基喹啉和2-三氟甲基苯甲醛的摩尔比优选为(1～1.5):1。

[0054] 在本发明中，步骤b)中在加入吡啶后先加热搅拌，然后再加入水进行回流加热。

[0055] 进一步的，所述加热搅拌的温度为142～145℃，时间为20～30min；

[0056] 所述回流加热的温度为142～145℃，时间为3～5h。

[0057] 在本发明中，步骤c)中所述锌盐优选为碘化锌、高氯酸锌、硝酸锌或氯化锌中的一种或多种，更优选为碘化锌；所述反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶液。

[0058] 进一步的，所述配体和锌盐的摩尔比优选为(1～3):(4～7)，更优选为1:4；

[0059] 所述配体和N,N-二甲基甲酰胺的比例优选为1mmol:(45～55)mL，更优选为1mmol:50mL；

[0060] 所述N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合体积比优选为(4～6):(2～4)，更优选为5:3；

[0061] 所述反应的温度为60～80℃，时间为24h。

[0062] 下面将结合本发明说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。

[0063] 实施例1

[0064] (1)反应中间体的制备

[0065] A、称取2-甲基-8-羟基喹啉0.68g和2-三氟甲基苯甲醛0.72g于100mL的圆底烧瓶中，加入20mL的乙酸酐溶解，得到混合液；

[0066] B、将步骤A得到的混合液在氮气的保护下进行磁力搅拌、143℃加热回流11h，随着反应的进行，反应溶液的颜色逐渐加深，由一开始的浅黄色转为褐色，反应溶液呈不透明浑浊状态，反应过程中还伴随少量固体析出；固体用100mL水抽滤，并反复清洗三次，真空干燥后得到1.1g白色固态反应中间体，产率为88％。

[0067] (2)配体的制备

[0068] 将0.71g的反应中间体溶于装有10mL吡啶的100mL圆底烧瓶中，143℃加热搅拌30min后加入5mL水，加入水的同时，溶液迅速变成深色浑浊状态；继续加热回流反应4小时后，停止反应，加入适量蒸馏水，放置冷却析出固体；固体用100mL水抽滤，并反复清洗三次，真空干燥后得到0.57g浅黄色固态配体，产率为90％。

[0069] (3)8-羟基喹啉锌配合物的制备

[0070] 将3.1mg上述配体(0.01mmol)溶于DMF(0.5mL)和MeOH(0.3mL)中，然后加入ZnI2(0.04mmol)的DMF溶液，密封在10mL的玻璃瓶中，80℃加热24h，冷却收集得到淡红色晶体，用MeOH洗涤几次，在室温下晾干得到所述8-羟基喹啉锌配合物。其中，DMF和MeOH的体积比为5:3。

[0071] (4)8-羟基喹啉锌配合物的结构鉴定

[0072] 采用核磁共振扫描了配合物的氢信号并对其氢信号进行了指认，结果如图1所示；采用傅里叶变换红外光谱仪测定产物的红外光谱数据，其特征波数(cm-1)为3050，2930，
2830，1620，1550，1500，1030，1280。

[0073] 采用Bruker Smart 1000CCD单晶衍射仪测定该配合物产物的晶体结构，测定温度为123K，用SAINT程序进行数据还原整合得到晶体结构图，结果如图2～3所示，单晶X-射线衍射数据表明本发明配合物晶体属于非中心对称的正交晶系，空间群为Pna2(1)。围绕在Zn原子周围的Zn-N为 Zn-O为 三个Zn原子通过四个不同酚羟基上的O原子桥连(Zn···Zn＝3.229，3.312和 )。

[0074] 采用PXRD对所述配合物进行测定，如图4所示，配合物的PXRD测试线和模拟曲线能较好的吻合，说明8-羟基喹啉类锌配合物为单一的纯相。

[0075] 图5为配体与锌盐配位的紫外滴定光谱图，模拟了配体(L)与金属锌配位的过程，随着锌盐溶液的滴入反应逐步进行，吸收峰出现了明显变化。配体的两个主要吸收峰集中在280～320nm，280nm处的紫外吸收峰为喹啉环的信号峰，310nm左右的紫外吸收是由于电荷转移引起的。在图5中，随着锌离子的不断滴入，锌离子与配体的摩尔比时刻发生变化，摩尔比大于1:2时，吸收曲线变化不再，说明配体与锌离子之间已经反应完全。

[0076] 配合物固体在室温条件下的荧光性质如图6所示，锌配合物在640nm发射峰处有很强的光致发光，激发波长是325nm，发射较强的红色光。这源自于金属到配体之间的电荷转移(MLCT)。

[0077] 图7为配合物的荧光寿命曲线和拟合曲线图，对测试数据进行拟合，通过计算得本实施例的8-羟基喹啉锌配合物晶体的荧光寿命为9.97ns。

[0078] 进一步对8-羟基喹啉类锌配合物单核晶体进行热重分析。测定条件为：升温速率为10℃/min，测量温度范围为30～1000℃，如图8所示，8-羟基喹啉锌配合物晶体在第一阶段的失重温度范围在345℃～440℃，其质量分数降低了55.3％。说明该配合物能在较高的温度下相对稳定，为真空蒸镀工艺制作器件提供了必要的条件。

[0079] 图9是室温下电场强度设为50kV和60kV的小量锌配合物固体样品板的电滞回线。在室温条件下该样品表现为弱的铁电性质，在50kV的条件下，极化率为0.065μc/cm2；在
60kV的场强下，极化率为0.095μc/cm2。

[0080] 综上所述，所述8-羟基喹啉类锌配合物晶体具有铁电性质的同时，兼备较好的热稳定性、发光强度以及荧光寿命。制备原料来源广泛，价格低廉，且合成条件温和，操作简单，适合用于制备可调控的铁电发光器件。

[0081] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。