非苯芳烴是一類分子內(nèi)具有非六元環(huán)結(jié)構(gòu)的多環(huán)芳烴，其獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)賦予了其不同于經(jīng)典苯型多環(huán)芳烴的性質(zhì)，因此引起了廣泛的關(guān)注。然而，基于非苯芳烴的有機(jī)半導(dǎo)體材料體系非常有限，并且非苯芳烴的獨(dú)特性質(zhì)與其光電器件性能的關(guān)系仍不清晰，這限制了非苯芳烴類材料在有機(jī)光電器件中的應(yīng)用。
Acepleiadylene (APD) 是芘的非苯型同分異構(gòu)體，具有大的分子偶極、窄的光學(xué)能隙和明顯的電荷分離特征。芘作為經(jīng)典的合成砌塊已被廣泛應(yīng)用于高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料，但其非苯型同分異構(gòu)體APD還從未被應(yīng)用于有機(jī)光電材料領(lǐng)域。
圖1. 利用APD電荷分離特征所設(shè)計(jì)的D-A-D型有機(jī)半導(dǎo)體分子APD-IID及基于芘的同分異構(gòu)體1Py-IID和2Py-IID 近日，南開大學(xué)王小野課題組首次將APD作為結(jié)構(gòu)基元用于構(gòu)筑新型有機(jī)半導(dǎo)體材料APD-IID，并揭示了該分子相對(duì)于基于芘的同分異構(gòu)體1Py-IID和2Py-IID表現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì)及在半導(dǎo)體器件中的優(yōu)勢(shì)。 圖2. 對(duì)目標(biāo)分子的靜電勢(shì)分布理論計(jì)算和聚集行為研究 作者通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，APD電荷分離的特性導(dǎo)致APD-IID中電荷分離共振式對(duì)分子基態(tài)電子結(jié)構(gòu)具有明顯貢獻(xiàn)，使得APD-IID相比于1Py-IID和2Py-IID表現(xiàn)出更強(qiáng)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移特征，這有利于分子間的相互作用，從而產(chǎn)生更加緊密的分子堆積。通過固態(tài)薄膜的紫外-可見吸收光譜和二維掠入射X射線衍射表征，作者發(fā)現(xiàn)APD-IID在固態(tài)中具有更強(qiáng)的聚集效應(yīng)和結(jié)晶性。在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件性能測(cè)試中，APD-IID表現(xiàn)出了比1Py-IID和2Py-IID高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的空穴遷移率，最高遷移率達(dá)0.20 cm2 V-1 s-1。 圖3. APD-IID與其基于芘的同分異構(gòu)體的電荷傳輸性能對(duì)比研究 綜上所述，該工作首次將非苯芳烴APD作為結(jié)構(gòu)基元用于新型有機(jī)半導(dǎo)體材料的創(chuàng)制，并通過與其苯型同分異構(gòu)體的直接對(duì)比，揭示了其在半導(dǎo)體器件中的優(yōu)勢(shì)。這一工作不僅證明了非苯芳烴類分子在有機(jī)半導(dǎo)體材料中的巨大潛力，也為新型有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展開辟了新體系與新機(jī)遇。 論文信息 Unravelling the Superiority of Nonbenzenoid Acepleiadylene as a Building Block for Organic Semiconducting Materials Lin Fu?, Pengcai Liu?, Rui Xue, Xiao-Yu Tang, Jiawen Cao, Ze-Fan Yao, Yuchao Liu, Shouke Yan, and Xiao-Ye Wang* 文章的通訊作者是南開大學(xué)王小野研究員，第一作者是南開大學(xué)博士研究生傅林與博士后劉鵬才。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202306509
