聚合物半導體因具有質(zhì)量輕、成膜性好、柔性以及可溶液加工等優(yōu)點，受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注，被應用于多種有機電子器件，如薄膜場效應晶體管、聚合物發(fā)光二極管以及有機太陽能電池等。但是在高性能聚合物半導體材料的開發(fā)方面，和p型聚合物半導體材料相比，n型聚合物半導體材料的發(fā)展相對滯后，這不利于有機電子器件的發(fā)展及其商業(yè)化應用。強缺電子構(gòu)筑基元的匱乏是高性能n型聚合物半導體材料發(fā)展相對滯后的一個重要原因，因此開發(fā)新型的缺電子基元具有重要意義。
近日，南方科技大學郭旭崗教授課題組和海南大學材料學院陳志才副教授合作，基于氰基化丁二烯及其衍生物這一策略，設計、合成了一系列化學結(jié)構(gòu)簡單、吸電子能力強的新型缺電子構(gòu)筑基元，該類基元的設計策略如上圖所示。和富電子的噻吩類衍生物相比，丁二烯是一類具有多個修飾位點的電中性構(gòu)筑基元，因此其氰基衍生物的缺電子性強于報道的氰基噻吩類衍生物。 如上圖所示，該類氰基丁二烯類缺電子構(gòu)筑基元可以通過簡單兩步高效制備。作者將開發(fā)的缺電子基元與DPP共聚，開發(fā)了一系列聚合物半導體材料。 作者還合成兩個模型分子C4TCNDE和C4TCNDFDE，并培養(yǎng)、解析了它們的單晶結(jié)構(gòu)。從上圖可以看出，丁二烯類缺電子構(gòu)筑基元不但具有高度的平面性，而且具有小的位阻效應。 該類受體基元的聚合物都具有深的LUMO能級（-3.94到-4.06 eV）和HOMO能級（-5.65到-5.79 eV），這有利于實現(xiàn)單一極性的電子傳輸，理論計算證明該類聚合物具有高度平面性，這和模型分子分析結(jié)果一致。將該類聚合物應用于薄膜場效應晶體管，三個聚合物都表現(xiàn)出了單極性的電子傳輸，最高遷移率可以達到1.07 cm2 V-1 s-1（圖4）。 在該工作中，作者通過氰基功能化丁二烯及其衍生物，開發(fā)了一類結(jié)構(gòu)簡單、合成方便且具有高度平面性的強缺電子構(gòu)筑基元，并基于它們開發(fā)了一系列新型的n型聚合物半導體材料。該工作不僅豐富了缺電子結(jié)構(gòu)的種類，還為它們的開發(fā)提供了一種新的設計思路。 論文信息 Semiconducting Polymers Based on Simple Electron-Deficient Cyanated trans-1,3-Butadienes for Organic Field-Effect Transistors Dr. Jianfeng Li, Dr. Zhicai Chen, Junwei Wang, Sang Young Jeong, Dr. Kun Yang, Dr. Kui Feng, Jie Yang, Dr. Bin Liu, Prof.?Dr. Han Young Woo, Prof.?Dr. Xugang Guo 文章第一作者是南方科技大學博士后李建鋒博士和海南大學材料學院陳志才副教授，通訊作者為南方科技大學郭旭崗教授和海南大學陳志才副教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202307647
