安师大史永强课题组 Chem. Mater.:异构化的全受体聚合物应用在有机场效应晶体管里面表现惊人的电子传输特性差异

2022-01-30 来源：高分子科技

受体-受体(acceptor-acceptor)结构的聚合物是设计高性能n-型聚合物半导体的有效策略。由于合成上面临的挑战和强拉电子基团带来的位阻，发展高迁移率的受体-受体聚合物非常具有挑战性。异构化的受体单元在有机半导体里面表现不同的光物理特性，而且其合成具有很大的挑战性，目前对这方面研究比较少。

图1.（a）异构化给体-给体（D-D）型聚合物；（b）异构化的给体-受体（D-A）型聚合物；（c）异构化的受体-受体（A-A）型聚合物。

近期，安徽师范大学史永强课题组合成了两个异构化的受体单元2-BTzE和5-BTzE（图1c），结构微小的改变使得聚合反应活性，分子形貌和分子堆积具有明显的差异，基于该异构单元所构建的全受体聚合物P(BTI-2-BTzE)和P(BTI-5-BTzE)具有明显不同的分子量和光物理特性差异，另外，P(BTI-2-BTzE)具有较好的分子平面性，P(BTI-5-BTzE)的分子结构比较扭曲。应用在晶体管里面P(BTI-2-BTzE)的电子迁移率达到0.1 cm² V^-1s^-1，然而，P(BTI-5-BTzE)的电子迁移率只有10^-4 cm²V^-1s^-1。该工作以“Isomeric Acceptor?Acceptor Polymers: Enabling Electron Transport with Strikingly Different Semiconducting Properties in n?Channel Organic Thin-Film Transistors”为题发表在《Chemistry of Materials》上。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2.（a）2-BTzE的合成路线；（b）5-BTzE的合成路线；（c）受体-受体型聚合物的合成路线。

为了进一步研究哪种参数（分子量或者分子骨架）造成如此巨大的性能差异，我们进一步合成了低分子量的聚合物P(BTI-2-BTzE)，其电子迁移率仍高于P(BTI-5-BTzE)，这就说明分子骨架平面性对其晶体管性能起着决定性作用。这就为后续设计高性能n-型有机场效应晶体管提供借鉴意义。

图3.（a, c）聚合物P(BTI-2-BTzE)的转移和输出曲线；（b, d）聚合物P(BTI-5-BTzE)的转移和输出曲线。

该研究工作得到了复旦大学赵岩研究员、王洋研究员和中科院化学所刘云圻院士的大力支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c04432

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（责任编辑：xu）

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