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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18660
Tipo: | Tese |
Título: | Desenvolvimento de novos complexos de íons Al3+ e Ga3+ contendo ligantes B-dicetonatos utilizados como camada emissora em OLEDs: estudo experimental e teórico |
Autor(es): | Costa, Israel Ferreira da |
Primeiro Orientador: | Teotonio, Ercules Epaminondas de Sousa |
Resumo: | O presente trabalho reporta a síntese, caracterização e o estudo das propriedades foto- e eletroluminescentes de compostos de íons Al3+ e Ga3+ contendo os ligantes B -dicetonatos cíclicos 2-acil-1,3-indandionatos (acind) e 2-acil-1,3-indandonatos: 2-acetil-1,3-indandionato (aind), 2-propil-1,3- indandionato (propind), 2-benzoil-1,3-indandionato (bind), 2-(4-metilfenil)-1,3-indandionato (mbind), 2-naftil-1,3-indandionato (nind), 2-acetil-1-indanonato (aci), 2-trifluoro-1- indandionato (tfi), 2-benzoil-1-indandionato (bzi). Os complexos com os íons Al3+ e Ga3+ foram sintetizados através da reação direta entre os sais (cloretos ou nitratos) destes íons com os ligantes indandionatos ou indanonatos. Todos os ligantes e complexos foram caracterizados por análise elementar (CHN), espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de 1H e 13C e análise termogravimétricas (TGA). As propriedades fotofísicas dos complexos de Al3+ e Ga3+ nas formas de pó e filmes finos foram investigadas a partir dos dados espectrais de absorção na região UV-vis e os espectros de emissão registrados à temperatura ambiente (300 K) e de nitrogênio líquido (77 K). Os dados demonstraram que estes complexos exibem propriedades luminescentes similares àquelas para o complexo Alq3 (tris-hidroxiquinolinato de alumínio), o qual é largamente utilizado em dispositivos eletroluminescentes como camada emissora e transportadora de elétrons. No entanto, as propriedades eletrônicas destes compostos são significativamente diferentes daquelas apresentadas por este complexo de referência. Neste contexto, no presente trabalho foi desenvolvido novos dispositivos eletroluminescentes com diferentes arquitetura em que os complexos [Al(acind)3] e [Al(ind)3] foram empregados como camadas emissoras e transportadora de elétrons em Dispositivos Moleculares Conversores de Luz (DMCL) do tipo OLED. Esses dispositivos foram fabricados pelo método de deposição por evaporação térmica em duas configurações diferentes para os complexos Al-indandionatos: ITO/B - NPB=[Al(acind)3]=LiF=Al (1) e ITO/ B - NPB/spiro 2CBP/[Al(acind)3]/Al (2); e para o Al-indanonato na configuração ITO/B - NPB/[Al(bzi)3]/LiF=Al. Os dispositivos bicamadas contendo os ligantes acind apresentaram eletroluminescência vermelha, enquanto que os dispositivos de configurações tricamada apresentaram emissão intensa na região do verde. Ao contrário dos dispositivos contendo os complexos com ligantes indanonatos, o dispositivo de configuração ITO/B - NPB/[Al(bzi)3]/LiF/Al apresentou eletroluminescência verde. As diferenças observadas foram correlacionadas com as estruturas de níveis de energia HOMO-LUMO e gap óptico (Eopt) dos compostos, estimadas experimentalmente por voltametria cíclica (VC) e absorção UV-vis, respectivamente. As propriedades elétricas dos compostos nos dispositivos foram investigados com base nos gráficos da tensão aplicada (V) contra densidade de corrente (mA·m-2) e luminância (cd·m-2). As cores emitidas pelos compostos no estado sólido e seus dispositivos foram determinadas através das coordenadas (x; y) do diagrama de cores CIE. Os resultados obtidos demonstraram que é possível variar a cor de emissão dos dispositivos OLEDs do verde para vermelho, utilizando complexos [Al(acind)3] como camadas emissoras. Em que a cor emitida reflete mudanças no processo da recombinaçãode carga, a emissão verde está associada a recombinação direta na camada emissora formada pelo complexo [Al(acind))3], enquanto o dispositivo com emissão vermelha é resultado de uma emissão TADF baseada por éxciplex, na qual o complexo [Al(acind)3] e o spiro 2-CBP atuaram como aceitadores e doadores, respectivamente. Sugerindo que os compostos desenvolvidos apresentam potencial para aplicações em sistemas emissores de luz para displays eletrônicos e/ou iluminação. A partir de perspectivas teóricas, cálculos baseados na Teoria do Funcional de Densidade (DFT), as estruturas dos complexos mer- e fac-[Al(acind)3] foram otimizadas empregando o método B3LYP/6-31G(d). As propriedades estados excitados das moléculas (espectroscópicas) foram obtidas pela teoria DFT dependente do tempo (TD-DFT) empregando-se diferentes funcionais. Os resultados principalmente das energias HOMO-LUMO mostraram boas correlações com os dados determinados experimentalmente |
Abstract: | The present work reports the synthesis, characterization and studies of different photoluminescent and electroluminescent properties of Al3+ and Ga3+ ion compounds containing cyclic B-dicetonate ligands 2-acyl-1,3-indandionates (acind) and 2-acyl-1-indanonates(ind): 2-acetyl-1,3-indandionate (aind), 2-propyl-1,3-indandionate (propind), 2-benzoyl-1,3-indandionate (bind), 2-(4-methyl-phenyl)-1,3-indandionate (mbind) and 2-naphthyl-1,3-indandionate (nind), 2-acetyl- 1-indanonate (aci), 2-(2,2,2-Trifluoroethyl)-1-indanonate (tfi), 2-benzoyl-1-indanonate (bzi). Al3+ and Ga3+ complexes were synthesized by the irect reaction between the salts (chlorides or nitrates) of these ions with the indandionate ligands. All ligands and complexes were characterized by elemental analysis (CHN), Infrared Spectroscopy, 1H and 13C nuclear magnetic resonance and Thermogravimetric Analysis (TGA/DSC). The photophysical properties of the Al3+ and Ga3+ complexes in the powder and thin film forms were investigated from spectral absorption data in the UV-vis region and emission spectra recorded at room temperature (300K) and liquid nitrogen (77K). The obtained data demonstrated that these complexes exhibit luminescent properties similar to those for the Alq3 complex (aluminum tris-hydroxyquinolinate), which is widely used in electroluminescent devices as the emitter and electron carrier layer. However, the electronic properties of these compounds are significantly different from those presented by this reference complex. In this context, new electroluminescent devices were developed, with different architecture in which the complexes [Al(acind)3] and [Al(ind)3] were used as emitter layers and electron carrier in Molecular Devices (DMCL) of the OLED type. These devices were fabricated by thermal evaporation deposition in two different configurations: ITO/ B-NPB/[Al(acind)3]/LiF/Al (1) and ITO/ B-NPB/spiro-2CBP/[Al(acind)3]/Al(2), and ITO/B -NPB/[Al(ind)3]/LiF/Al. The bilayer devices exhibited red lectroluminescence, whereas the trilayer device exhibited green color. On the other hand, the device ITO/B -NPB/[Al(ind)3]/LiF/Al exhibited green color electroluminescence. The observed differences were correlated with the energy levels structures and the electrical properties of the compounds. The HOMO-LUMO energy levels and energy gap (Eopt) of the compounds were estimated based on the technique of cyclic voltammetry (CV) and optical absorption (UV-vis), respectively. The devices presenting (1) and (2) configurations were investigated based on the current-voltage characteristic (mA·m-2) and luminance (cd·m-2). The colors emitted by the compounds in the solid state and their devices were determined by the coordinates (x, y) of the CIE color diagram. Our results showed that it is possible tuning the emission color from green to red, in accordance with the change from the direct charge recombination in the emitting layer of the [Al(acind))3] complexes to an exciplex-based TADF emission in which [Al(acind))3] complexes and spiro 2-CBP acted as acceptor and donor, respectively. These results suggest that [Al(acind)3] complexes present great potential for applications in light-emitting systems for electronic displays and/or lighting. From theoretical perspectives, calculations based on the Functional Density Theory (DFT), the structures of the mer- and fac-[Al(aind)3] complexes were optimized using the B3LYP/6-31G (d) method. The excited state (spectroscopic) properties of the molecules were obtained by the time-dependent DFT theory (TD-DFT) employing different functionals (B3LYP, CAM-B3LYP, PBE1PBE, wB97XD e M06-2X). The results mainly of HOMO-LUMO showed good correlations with experimentally determined results |
Palavras-chave: | OLED Eletroluminescência Luminescência Tris(2-acil-1,3-indandionato) de alumínio(III) Tris(2-acil-1-indanonato) de alumínio(III) Electroluminescence Luminescence Tris(2-acyl-1,3-indandionate) aluminum(III) Tris(2-acyl-1-indanonate) aluminum(III) |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18660 |
Data do documento: | 26-Fev-2019 |
Aparece nas coleções: | Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Química |
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