有機混合離子電子導(dǎo)體（OMIEC）材料在化學(xué)生物傳感器、神經(jīng)接口器件和神經(jīng)形態(tài)計算等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；谠擃惒牧蠘?gòu)筑的電子器件，已被用于代謝物檢測、病毒檢測、生物電測量和類腦計算等方面。然而，相較于p型OMIEC材料，n型材料性能落后，穩(wěn)定性差且響應(yīng)速度慢，極大地限制了該類材料在互補型電路構(gòu)筑中的應(yīng)用。
近日，北京大學(xué)的雷霆團隊受到了生物系統(tǒng)中陽離子-π相互作用的啟發(fā)，設(shè)計了新型親水陽離子構(gòu)筑單元——4a-氮雜萘（4a-Azonia-Naphthalene, AN）來解決上述問題。
生物系統(tǒng)中具有多種分子間相互作用力，例如用作DNA染料的溴化乙錠（EB）可以和核苷酸之間產(chǎn)生強的陽離子-π相互作用。理論計算表明，4a-氮雜萘（AN）是一個有效的缺電子片段，在多種共軛高分子體系中均能顯著降低高分子LUMO能級。AN和噻吩吡咯并吡咯二酮片段（TDPP）之間表現(xiàn)出強的陽離子-π相互作用，提高了分子的平面性和骨架堆積的緊密性。他們將AN與TDPP共聚，得到了陽離子共軛高分子PANDA，該類高分子在還原后骨架可變成中性，而傳統(tǒng)高分子還原后則帶負電荷。
TDPP和AN片段均可以在水中溶解，而PANDA材料不溶于水。核磁結(jié)果證明在水中TDPP和AN間會產(chǎn)生強烈的陽離子-π相互作用，出現(xiàn)新的核磁峰和明顯的化學(xué)位移。 陽離子骨架提高了材料的親水性和離子電子耦合性能，展現(xiàn)出優(yōu)異的響應(yīng)速度和高的性能優(yōu)值（μC* = 62.3 F?1 cm?1 V?1 s?1）。更重要的是，陽離子骨架被電化學(xué)摻雜后恢復(fù)中性，帶來了器件開關(guān)穩(wěn)定性的顯著提升。本研究提出了陽離子共軛片段設(shè)計的新思路，證明了該類骨架對于構(gòu)筑高性能和穩(wěn)定的n型有機混合離子電子導(dǎo)體的巨大潛力。 論文信息 Azonia-Naphthalene: A Cationic Hydrophilic Building Block for Stable N-Type Organic Mixed Ionic-Electronic Conductors Zhen Huang, Peiyun Li, Yuqiu Lei, Xin-Yu Deng, Yu-Nan Chen, Shuangyan Tian, Xiran Pan, Xun Lei, Cheng Song, Yuting Zheng, Jie-Yu Wang, Zhi Zhang, Ting Lei 本文的共同第一作者是黃震博士和博士研究生李佩雲(yún)。張志副研究員和雷霆研究員是本文的通訊作者。 上述研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京大學(xué)高性能計算平臺，北京大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院分子材料與納米加工實驗室（MMNL）儀器平臺和上海光源等的支持。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202313260
