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近年來(lái)，由于具有獨(dú)特的光電物理性質(zhì)，硼氮雜芳烴（BN-PAHs）在學(xué)術(shù)界引起了廣泛關(guān)注。硼氮雜芳烴中硼氮原子的摻雜位置、摻雜數(shù)量和硼氮鍵的取向等都可以顯著影響其光電性質(zhì)。部分硼氮雜芳烴已經(jīng)展現(xiàn)出了可精調(diào)的前線軌道能級(jí)、更高的熒光量子效率和更高的熱穩(wěn)定性等性質(zhì)。然而，相對(duì)于其在多重共振熱活化延遲熒光領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，硼氮雜芳烴的電荷傳輸性能的研究相對(duì)較少。

在前期研究的基礎(chǔ)上，天津理工大學(xué)劉旭光課題組、清華大學(xué)王朝暉/姜瑋團(tuán)隊(duì)與中科院化學(xué)所江浪課題組合作開(kāi)發(fā)了兩個(gè)五元環(huán)吡咯稠合的梯型硼氮雜芳烴（BCNL1和BCNL2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，吡咯稠合可以顯著降低該類分子的重組能（λ），并首次揭示了梯型硼氮雜芳烴的長(zhǎng)度對(duì)其在OFET器件中的電荷傳輸性能的影響（BCNL2顯示出高達(dá)0.62 cm² V^-1 s^-1的空穴遷移率，比π共軛尺寸較小的BCNL1高出三個(gè)數(shù)量級(jí)）。

該工作通過(guò)Buckwald-Hartwig偶聯(lián)反應(yīng)和氮原子導(dǎo)向的親電硼化反應(yīng)作為關(guān)鍵反應(yīng)，合成了具有高度有序BC₃N₂單元的梯型硼氮雜芳烴（BCNL1和BCNL2），并通過(guò)溶液揮發(fā)法獲得了適用于X-ray衍射分析的單晶結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，分子中的BN鍵介于1.422 ?-1.448 ?之間，均表現(xiàn)出明顯的雙鍵特征，有效實(shí)現(xiàn)了分子的共軛延伸。由于分子內(nèi)的C-H鍵的排斥作用，BCNL1和BCNL2均表現(xiàn)出不同程度的彎曲結(jié)構(gòu)。此外，分子緊湊的魚(yú)骨狀堆積結(jié)構(gòu)以及豐富的分子間弱相互作用（CH-π、B-π和B-H等）有望增強(qiáng)其電荷傳輸性能。

為了評(píng)估其載流子遷移率，作者通過(guò)物理氣相沉積法（PVT）生長(zhǎng)了BCNL1和BCNL2的單晶并構(gòu)筑了OFET器件?；贐CNL1和BCNL2的所有OFET器件均表現(xiàn)出典型的p-型傳輸性能?；贐CNL1的OFET器件的最大空穴遷移率為6×10^-4 cm² V^-1s^-1，開(kāi)/關(guān)比為8.4 × 10³；而基于BCNL2的OFET器件顯示出高達(dá)0.62 cm² V^-1 s^-1的空穴遷移率，開(kāi)/關(guān)比為7.4 × 10⁵，基于30多個(gè)器件的平均空穴遷移率高達(dá)0.30 cm² V^-1 s^-1，該值是基于BCNL1的OFET器件的1000倍，表明BCNL2具有優(yōu)異的電荷傳輸特性。

該項(xiàng)工作表明，硼氮雜芳烴的共軛尺寸和五元環(huán)吡咯稠合對(duì)于開(kāi)發(fā)高遷移率半導(dǎo)體材料至關(guān)重要，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)具有高遷移率的基于硼氮雜芳烴的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供了重要基礎(chǔ)。