Complexos de rutênio aplicados em OLEDs: síntese e caracterização

• Main Author: Salla, Cristian Andrey Momoli
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2016
• Subjects: Física; Compostos de rutênio; Síntese
• Online Access: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/158407

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2015. === Made available in DSpace on 2016-01-15T14:49:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336695.pdf: 2300972 bytes, checksum: 450e3d99a3ad5994f7749503b92e3c42 (MD5) Previous issue date: 2015 === Complexos de metais de transição (MT) têm se mostrado promissores para aplicações eletro-ópticas devido a sua intensa emissão de luz resultante da mistura de estados excitados singleto e tripleto através do acoplamento spin-órbita (SOC), que teoricamente permite um rendimento quântico ( ) de 100%. Complexos utilizando Ir, Pt, Cu, Os e Ru são os emissores fosforescentes mais conhecidos com estas características e têm sido extensivamente estudados nos últimos anos, principalmente os complexos de Ru, que são de particular interesse devido à sua versatilidade e facilidade de modificações moleculares. Desta forma, este trabalho apresenta a síntese, caracterização e aplicação em estruturas de diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) de quatro complexos de Ru: dois conhecidos na literatura (Ru(Bpy)3 e Ru(Phen)3) e dois inéditos (Ru(TDZP)3 e Ru(PhenSe)3). Os compostos foram sintetizados a partir de uma rota simples já conhecida e de bom rendimento. A caracterização estrutural foi feita a partir da espectroscopia de infravermelho (IV), espectroscopia Raman, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de H (RMN 1H) e espectrometria de massa de alta resolução (HRMS). As propriedades térmicas foram investigadas através da termogravimetria (TGA). As propriedades fotofísicas dos compostos em solução e filme, bem como o band gap (Eg) ótico e o rendimento quântico ( ), foram obtidos a partir da espectroscopia óptica UV-vis. As propriedades eletroquímicas e os níveis de energia (HOMO, LUMO e Eg) foram estimados a partir da voltametria cíclica (CV). A caracterização morfológica dos filmes finos produzidos via spin-coating foi feita com um microscópio de força atômica (AFM). Um comparativo interno permitiu observar que os complexos estudados apresentam características estruturais, térmicas, óticas, eletroquímicas e morfológicas semelhantes. Os filmes produzidos via spin-coating foram posteriormente empregados como camada emissora (EL) em diferentes estruturas de OLED, as quais foram caracterizadas em suas propriedades elétricas, óticas e radiométricas. Em geral, os dispositivos operaram em baixas tensões e exibiram uma banda larga de emissão no vermelho-alaranjado decorrente das transições de caráter MLCT, típica dos complexos de Ru. As estruturas de dispositivo que empregaram PVK como camada transportadora de buracos (HTL) mostraram valores de potência de radiação inferiores. Os complexos inéditos, ao contrário do que se esperava, também apresentaram baixos valores de potência de radiação em relação aos jáconhecidos. No intuito de compreender os resultados obtidos a partir dos mecanismos intrínsecos dos dispositivos, foram realizados estudos de mobilidade através da aplicação de um modelo teórico. Por fim, um breve estudo utilizando as estruturas de diodo produzidas demonstrou que os complexos inéditos apresentaram propriedades de fotocorrente e potencial para aplicações fotovoltaicas.<br> === Abstract : Transition metal complexes (MT) have shown promising results for electro-optical applications due to their intense emission of light resulting from the mixture of singlet and triplet excited states through spin-orbit coupling (SOC), which theoretically allows quantum yield (F) of 100%. Complexes using of Ir, Pt, Cu, Os and Ru are the best known phosphorescent emitters with these characteristics and have been extensively studied in recent years, particularly the Ru complexes, which are of particular interest because of their versatility and facility for molecular changes. On this way, this study presents the synthesis, characterization and application on organic light emitting diodes (OLEDs) structures of four Ru complexes: two known in the literature (Ru (bpy)3 and Ru (phen)3) and two new (Ru (TDZP)3 and Ru (PhenSe)3). The compounds were synthesized from an already known simple route with good yield. Structural characterization was made from the infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy NMR (NMR 1H) and high resolution mass spectrometry (HRMS). The thermal properties were studied by thermogravimetric analysis (TGA). The photophysical properties of the compounds in solution and film, as well as, the optical band gap (Eg) and the quantum yield (F), were obtained from optical UV-vis spectroscopy. The electrochemical properties and energy levels (HOMO, LUMO and Eg) were estimated by cyclic voltammetry (CV). The morphological characterization of thin films produced via spin-coating was made with an atomic force microscope (AFM). An internal comparison allowed us to notice that the studied complexes have similar structural, thermal, optical, electrochemical and morphological. The films produced via spin-coating were subsequently used as emitting layer (EL) in different OLED structures that were characterized in their electric, optical and radiometric properties. In general, the devices worked at low voltages and exhibited a wide emission band in the red-orange arising from the characteristic MLCT transitions, typical of Ru complexes. Device structures that employed PVK as hole transporting layer (HTL) showed lower radiation power values. The new complexes, contrary to what was expected, also had low radiation power values in relation to those already known. In order to understand the results obtained from the intrinsic mechanisms of the devices, studies of mobility were done by applying a theoretical model. Finally, a brief study using the diode structures produced showed that the newcomplexes exhibited photocurrent properties and potential for photovoltaic applications.