有機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性往往依賴傳統(tǒng)的外部摻雜方法，這種方法通常涉及將有機(jī)材料與外部摻雜劑物理混合。這種摻雜方法常導(dǎo)致混合物的相分離，使得電子性質(zhì)與摻雜過程的相關(guān)性難以明確，并可能因混合物的形態(tài)不穩(wěn)定及某些摻雜劑的揮發(fā)性而導(dǎo)致電子性能隨時間退化。相對于這種傳統(tǒng)方法，自摻雜的概念——即通過共價方式將功能性摻雜基團(tuán)整合到分子結(jié)構(gòu)中——則展現(xiàn)了多個內(nèi)在優(yōu)勢，如簡化的處理程序和因消除外部摻雜劑物理混合步驟而增強(qiáng)的材料穩(wěn)定性。
近日，德克薩斯A&M大學(xué)的方磊教授，周宏才教授，和匹茲堡大學(xué)的劉鵬教授合作進(jìn)行的研究，展示了一種創(chuàng)新的共振輔助自摻雜機(jī)制。該分子1a的共軛主鏈結(jié)構(gòu)采用梯狀環(huán)己二烯-14-二亞胺核心，具有四個酸性苯酚羥基作為自摻雜功能基。通過類似于共振輔助氫鍵的機(jī)制，1a能夠有效地自我質(zhì)子化形成開殼狀態(tài)，即1a''形式，該機(jī)制通過共振輔助的質(zhì)子轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)，允許在不使用外部摻雜劑的情況下高效地進(jìn)行自摻雜，產(chǎn)生開殼（自由基活性）狀態(tài)。作者通過不同溶劑中的自摻雜特性研究，展示了開殼狀態(tài)與封閉殼狀態(tài)之間的平衡依賴于溶劑的介電常數(shù)及氫鍵給收能力。在這項(xiàng)研究中，密度泛函理論（DFT）計算結(jié)果表明，自摻雜后的開殼狀態(tài)（1a''）相較于閉殼狀態(tài)（1a’）只有微小的能量差異，揭示了這種自摻雜狀態(tài)的熱力學(xué)可行性。 研究表明，在固相下化合物1a亦處在自摻雜的1a''形態(tài)。在完全不用加入任何外部摻雜劑的情況下，展示了1×10?3 S/cm 的導(dǎo)電率。其導(dǎo)電性能有著優(yōu)良的穩(wěn)定性和極端環(huán)境耐受性。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)性能高效且持久的有機(jī)導(dǎo)體材料提供了新的設(shè)計思路和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 論文信息 Resonance-Assisted Self-Doping in Robust Open-Shell Ladder-Type Oligoaniline Analogues Mingwan Leng, Turki M. Alturaifi, Josiah Pearce, Hengyu Lin, Guanghua Yu, Mohammed Al-Hashimi, Hong-Cai Zhou, Peng Liu, Lei Fang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409149 
