復(fù)旦大學(xué)劉云圻院士團(tuán)隊(duì)王洋課題組綜述了近年來基于吡咯并吡咯二酮（DPP）及其衍生物的n型/雙極性聚合物半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展。詳細(xì)介紹了n型/雙極性DPP基聚合物半導(dǎo)體的分子設(shè)計(jì)策略與合成路線，并闡明了高遷移率n型/雙極性DPP基聚合物半導(dǎo)體材料的構(gòu)效關(guān)系。 聚合物半導(dǎo)體材料具有化學(xué)結(jié)構(gòu)易修飾、能帶及光譜可調(diào)、高柔性、可結(jié)合印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積制備電子器件等優(yōu)勢(shì)，在有機(jī)光電子領(lǐng)域潛力巨大。雖然目前已發(fā)展了豐富和高遷移率的p型聚合物半導(dǎo)體材料，但是n型和平衡雙極性聚合物半導(dǎo)體在分子多樣性、遷移率和穩(wěn)定性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于p型聚合物材料。如何更好地設(shè)計(jì)n型/雙極性聚合物半導(dǎo)體的分子結(jié)構(gòu)對(duì)于發(fā)展高性能有機(jī)集成電路電路、全聚合物太陽(yáng)能電池、有機(jī)熱電等p-n結(jié)器件具有重要意義。
圖1 降低DPP基聚合物半導(dǎo)體LUMO能級(jí)的分子設(shè)計(jì)策略 基于此，復(fù)旦大學(xué)王洋課題組近年來聚焦DPP基n型/雙極性/聚合物半導(dǎo)體材料，在DPP基二聚體或多聚體的設(shè)計(jì)及其C-H直接芳基偶聯(lián)合成等方面開展了系列研究。近日，他們對(duì)DPP基n型/雙極性聚合物半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。在眾多的受體單元中，DPP具有優(yōu)異的分子平面性和較好的拉電子能力?；贒PP的p型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料因其具有優(yōu)異的光電性能而受到了廣泛關(guān)注。然而，由于相對(duì)較高的最低未占分子軌道（LUMO）能級(jí)，n 型和平衡雙極性DPP基聚合物材料相對(duì)較少。此外，他們的遷移率和空氣穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于p型DPP聚合物材料。因此，許多研究工作致力于開發(fā)具有更強(qiáng)拉電子能力的DPP衍生物來降低材料的LUMO能級(jí)，從而提高電子遷移率。該綜述總結(jié)了近年來常用的降低DPP聚合物L(fēng)UMO能級(jí)的分子設(shè)計(jì)策略 （圖1），包括1.；將DPP與不同的受體單元共聚2. 將DPP與不同的弱給體單元共聚；3.DPP單體兩側(cè)芳基的優(yōu)化；4.對(duì)DPP進(jìn)行擴(kuò)環(huán)；5. 設(shè)計(jì)合成DPP二聚體或多聚體衍生物。該綜述按照上述分子設(shè)計(jì)策略分類，詳細(xì)介紹了n型/雙極性DPP聚合物半導(dǎo)體的合成方法、路線, 并闡明了結(jié)構(gòu)與性能之的關(guān)系，最后評(píng)述了各類策略的優(yōu)劣勢(shì)，為新一代高性能n型/雙極性聚合物半導(dǎo)體材料的理性設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。 論文信息 Rational Molecular Design of Diketopyrrolopyrrole-Based n-Type and Ambipolar Polymer Semiconductors Tao Shen, Zhen Jiang, Yang Wang, Yunqi Liu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202401812
