有機半導(dǎo)體材料因其具有質(zhì)輕、柔性、可溶液加工等優(yōu)點，在有機場效應(yīng)晶體管、有機太陽能電池和有機熱電器件得到了廣泛的應(yīng)用。為了實現(xiàn)這些應(yīng)用，需要同時開發(fā)高性能的n型和p型半導(dǎo)體材料。然而， 相比于p型半導(dǎo)體材料，n型半導(dǎo)體材料的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。
醌式化合物具有LUMO能級低、剛性強和π電子離域性好的特點，是一類有潛力的n型有機半導(dǎo)體材料。吲哚酮封端的醌式化合物具有方便引入致溶烷基鏈和端基可修飾的優(yōu)點而備受關(guān)注。然而，由于端基的不對稱使其存在多種難以分離的順反異構(gòu)體，不利于實現(xiàn)高遷移率。研究人員報道了向醌式中間核引入砜基基團或多重分子內(nèi)弱相互作用鎖定醌式構(gòu)型的策略。但是，這些方法無法兼顧醌式分子好的堆積和低的LUMO能級，從而難以獲得高遷移率的n型半導(dǎo)體材料。
為了解決這一問題，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的鄧云峰課題組發(fā)展了向中間單元核引入氯原子鎖定醌式構(gòu)型的策略。一方面，利用氯原子的吸電子特性降低分子的前線軌道能級，另一方面，利用分子內(nèi)的Cl···H和S···O雙重作用鎖定醌式構(gòu)型，從而獲得低LUMO能級的單一構(gòu)型醌式化合物。醌式分子的單一構(gòu)型通過核磁氫譜、DFT理論計算和單晶衍射分析得以證實。更為重要的是，單晶分析表明，引入的Cl并不會造成分子骨架的扭曲，Cl原子和分子骨架的其它原子幾乎在同一平面，從而保證了分子間的緊密堆積，形成利于電荷傳輸?shù)姆肿佣逊e模式。因此，基于該策略可以獲得高電子遷移率的吲哚酮封端醌式化合物。在端基引入F原子后，醌式化合物的電子遷移率可以達(dá)到0.35 cm2 V-1 s-1。這一工作有望為設(shè)計單一構(gòu)型、高電子遷移率的醌式化合物提供新思路。 論文信息 Chlorination-Assisted Isomerically Pure Oxindole-Terminated Quinoids for n-Type Organic Thin-Film Transistors Linlin Lin, Cheng Wang, Yunfeng Deng, Yanhou Geng Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202203336
