缺电子结构单元在n型聚合物的开发中起到至关重要的作用，但是目前在n型聚合物的开发中，可供选择的缺电子结构单元的种类相对较少，这严重制约了其发展。氰基官能团具有强的吸电子能力，能够有效地拉低分子的前线轨道能级，在缺电子结构单元的开发中被广泛应用。南方科技大学郭旭岗教授团队基于氰基功能化这一策略，开发了一系列新型缺电子结构单元及其聚合物半导体材料，报道了一系列原创性的工作（Adv. Mater. 2019, 1905161.; Adv. Mater. 2020, 32, 2001476.; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 4329.; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1539.; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202205315.; Adv. Mater. 2023, 2210847.）。

图1. （a）氰基丁二烯类缺电子结构单元的设计策略，（b）该类缺电子结构单元及报道的氰基噻吩类结构单元的理论计算LUMO能级（基于自旋限制的密度泛函理论(DFT)，在B3LYP/6-31G(d)方法和基组下计算）。

图2.氰基丁二烯类缺电子结构单元的合成路线（a），及其聚合物的分子式（b）。

图3.模型分子的单晶结构。

  得益于该类受体单元的强缺电子性质，它们的聚合物都具有深的LUMO能级（-3.94到-4.06 eV）和HOMO能级（-5.65到-5.79 eV），这有利于实现单一极性的电子传输，理论计算证明该类聚合物具有高度平面性，这和模型分子分析结果一致。作者将该类聚合物应用于薄膜场效应晶体管（OTFTs）器件，三个聚合物都表现出了单极性的电子传输，最高迁移率可以达到1.07 cm² V^-1 s^-1（图4）。

  在该工作中，作者通过氰基功能化丁二烯及其衍生物，开发了一类结构简单、合成方便且具有高度平面性的强缺电子结构单元，并基于它们开发了一系列新型的n型聚合物半导体材料。该工作不仅丰富了缺电子结构的种类，还为它们的开发提供了一种新的设计思路。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307647