Download New Design of Polyphenylene Dendrimers for Full-Color Light-Emitting Diodes PDF

TitleNew Design of Polyphenylene Dendrimers for Full-Color Light-Emitting Diodes
LanguageEnglish
File Size6.9 MB
Total Pages210
Document Text Contents
Page 1

New Design of Polyphenylene Dendrimers 

for Full‐Color Light‐Emitting Diodes 

 

 

Dissertation zur Erlangung des Grades 

"Doktor der Wissenschaften" 

am Fachbereich Chemie und Pharmazie 

der Johannes Gutenberg‐Universität in Mainz  

 

vorgelegt von  

 

Tianshi Qin 

geboren in Nanjing, China 

Mainz 2010

Page 2


 

Table of contents 

 

Chapter 1 Introduction: A Mini Review of Functionalized Polyphenylene Dendrimers ................. 1 

1.1 Dendrimer chemistry ‐ a short overview ............................................................................... 1 

1.1.1 Divergent synthesis ........................................................................................................ 2 

1.1.2 Convergent synthesis ..................................................................................................... 4 

1.2 Polyphenylene dendrimers ................................................................................................... 4 

1.3 Synthesis of polyphenylene dendrimers ............................................................................... 6 

1.4 Functionalization of polyphenylene dendrimers................................................................. 10 

1.4.1 Functionalization in the Core ....................................................................................... 10 

1.4.2 Functionalization on the scaffold ................................................................................. 13 

1.4.3 Functionalization on the Surface .................................................................................. 21 

1.5 Dendritic macromolecules for organic light‐emitting diodes (OLEDs) ................................ 24 

1.6 Motivation ........................................................................................................................... 27 

References ................................................................................................................................. 29 

Chapter 2 Polytriphenylene Dendrimers: A Unique Design for Blue Light‐Emitting Materials .... 35 

2.1 Motivation in design of blue fluorescent dendrimers ......................................................... 35 

2.2 Blue fluorescent polytriphenylene dendrimers .................................................................. 39 

2.2.1 Design of cyclopentaphenanthrenone derivative AB2‐type building unit .................... 40 

2.2.2 Synthesis of first‐ to third‐generation polytriphenylene dendrimers .......................... 42 

2.2.3 Characterization of the polytriphenylene dendrimers ................................................. 46 

2.3 Visualization and simulation ................................................................................................ 49 

2.3.1 Crystal structure of the first generation polytriphenylene dendrimer ........................ 49 

2.3.2 Molecular modeling ..................................................................................................... 52 

2.4 Physical properties of polytriphenylene dendrimers .......................................................... 54 

2.4.1 Photophysical properties in solution ............................................................................ 55 

2.4.2 Photophysical properties in thin film ........................................................................... 57 

2.4.3 Stability of polytriphenylene dendrimers ..................................................................... 59 

2.5 Blue OLEDs based on polytriphenylene dendrimers ........................................................... 61 

2.5.1 Stability of polytriphenylene dendrimer based OLEDs ................................................ 61 

2.5.2 Fabrication of polytriphenylene dendrimer based OLEDs ........................................... 63

Page 105

Ir(ppy)3 Cored Polyphenylene Dendrimers – Green Phosphorescent Materials                Chapter 3 

101 
 

3.4 Physical properties of Ir(ppy)3 cored polyphenylene dendrimers  

 

In this chapter, the influence of the surrounding polyphenylene dendronized shell upon 

the photo‐physical properties of  the  fac‐tris(2‐phenylpyridyl)Ir(III) cores  is  investigated 

using  UV‐Vis  spectroscopy  in  solution  as  well  as  in  the  solid  state.  Furthermore, 

photoluminescence  spectroscopy  and  quantum  yield  in  solution  and  in  thin  film  are 

applied for the optical characterization of these phosphorescent dendrimers. Finally, the 

electrochemical  properties  and  energy  levels  of  these  dendrimers  are  developed  by 

cyclic voltammetry measurement. 

 

3.4.1 UV‐vis absorption and photoluminescence spectroscopic measurements 

 

The UV‐Vis absorption spectra (Figure 3‐9) of Ir(III) dendrimers GIrG1, GIrG2, GIrG3 and 

GIrG4 were measured in dichloromethane solutions at 298 K (Table 3‐4). In general, the 

absorption spectra of  lower generation dendrimers GIrG1 and GIrG2 could be divided 

into two components. The short wavelength regions below 300 nm were predominantly 

attributed  to  the  intra‐ligand  π‐π*  transition of  the polyphenylene dendrons,[33] while 

the  longer wavelength absorptions at around 350 – 450 nm were primarily due to the 

metal‐to‐ligand  charge  transfer  (MLCT)  state  of  the  Ir(III)  core.[34]  For  instance,  the 

singlet and triplet MLCT bands for GIrG1 fall at 414 nm (1MLCT) and 460 nm (3MLCT),[35] 

respectively  (Figure  3‐9  and  Table  3‐4).  However,  for  higher  generation  dendrimers 

GIrG3 and GIrG4, the MLCT shoulders could not be clearly detected due to the intense 

absorption of their larger dendritic ligands.[36]

Page 106

Ir(ppy)3 Cored Polyphenylene Dendrimers – Green Phosphorescent Materials                Chapter 3 

102 
 

250 300 350 400 450 500
0

2

4

6

8

10

12

A
b
so

rp
tio

n
C

o
e
ff

ic
ie

n
t

(
x1

0
5

L
m

o
l-

1
cm

-1
)

Wavelength (nm)

GIrG1
GIrG2
GIrG3
GIrG4

 

Figure  3‐9: UV‐Vis  absorption  spectra  of  GIrGx  dendrimers  in  DCM  solutions  with  a 

concentration of 10‐6 M. 

 

The photoluminescence  (PL)  spectra of dendrimers GIrG1, GIrG2, GIrG3  and GIrG4  in 

dichloromethane solutions and  in solid films are shown  in Figure 3a and 3b. Similar to 

Ir(ppy)3,
[15] all dendrimers exhibited only one green emission peak at 516 nm. In contrast, 

in the solid state, the PL maximum of dendrimer G1 showed a bathochromic shift of 11 

nm  compared  to  the  dichloromethane  solution,  indicating  that  the  first  generation 

polyphenylene  dendrons were  not  sufficient  to  prevent  intermolecular  interaction.[37] 

However, with the dendrimer generation increasing from the second to the fourth, the 

aggregation induced bathochromic shift was reduced from 9 nm to 0 nm. This suggested 

that  intermolecular  interactions of  the emissive  cores  could be effectively avoided by 

larger dendrons in higher generation dendrimers.[28] 

350 400 450 500
0.0

0.5

3
MLCT

1
MLCT

Page 209

Acknowledgements                                       

205 
 

Acknowledgements 

I would  like to thank all the people who did fruitful contributions and kind help on my 

Ph.D. work and life:  

First  of  all,  I  am  sincerely  grateful to  Prof.  Dr.  Klaus  Müllen,  for  giving  me  the 

opportunity  to work  in one of  the most  famous  research groups of  the world and on 

such  interesting and challenging projects as well as constant source of  inspiration and 

diligent supervision of scientific work all through my PhD training.  

I would deeply acknowledge my project leader, Dr. Martin Baumgarten, for his valuable 

suggestions and  fruitful discussions  related  to my research work as well as his patient 

and careful corrections and comments on my thesis and publications. 

I would like to thank Dr. Gang Zhou, for his indispensable scientific input, discussion and 

exchange of the scientific  feeling, his careful corrections of my publications, as well as 

the guidelines of molecular design in this work. 

To Dr. Roland Bauer, for introducing me to synthetic chemistry, kind and patient help in 

my research work. 

Many thanks go to some of our collaborators: Prof. Emil List and Horst Scheiber for blue 

fluorescent OLED devices, Prof.  Lixiang Wang and Dr.  Junqiao Ding  for green and  red 

phosphorescent OLED devices, Dr. Christopher Anson for single crystallography. 

Thanks to my past and present colleagues  in “dendrimer” group: Dr. Guanglei Cui, Dr. 

Meizhen Yin, Dr. Roland Bauer, Dr. Monika Haberecht, Dr. Teresa Duarte, Matthias Grill, 

David  Türp,  Rene  Stangenberg,  for  their  helpful  discussions  about  the  projects  and 

pleasant  time working with  them,  and  Cornelia  Beer  for  her  invaluable  assistance  in 

providing starting materials. 

Thanks also  to my office  colleagues: Dr. Xiliang Feng, Dr Dongqing Wu,  for  their  fruit 

discussions and kind advices in my synthetic work. 

Dr.  Manfred  Wagner  for  his  kindness  and  countless  signatures,  and  a  lot  of  NMR 

measurements,  

Stephan Türk, Ali Rouhanipour for MALDI‐TOF MS measurements.

Page 210

Acknowledgements                                       

206 
 

Dr. Gang Zhou, Peng Gao for cyclic voltammetry measurements and discussions. 

Christian Von Malotki, Eva Deister for TGA and DSC measurements. 

Don Cho for language modifications in my publications.  

Other members in the Müllen group, Dr. Markus Klapper, Dr. Joachim Räder, Dr. Chen Li, 

Dr. Ralph Rieger, Dr. Xuan Wang, Dr. Shubin Yang, Dr. Yanyu Liang, Dr. Xiaoyin Yang, Dr. 

Masayoshi Takase, Dr. Shinichiro Kawano, Dr. Ruili Liu, Dr. Xin Guo, Qi Su, Shuping Pang, 

Lukas Dössel, Bo He, and colleagues without mentioning the name here at the MPI‐P for 

the nice working atmosphere and scientific discussions. 

My parents and my fiancee Yisi Wang for their endless encouragement and love!

Similer Documents