有机电子给受体共晶的可控制备及其光电性质

有机单组份晶体由于材料本征限制往往只具备一种优异性能,而在双组分或多组分有机共晶中,特殊的分子堆积方式和聚集态结构,以及不同组分之间的协同和集合效应,使得有机共晶不仅保留了单一组分的固有属性,并且展现出更多新颖的宏观光电性质Untitled,因此引起了人们极大的研究兴趣。然而作为一个普遍的难题,自组装生长所得的共晶形貌、尺寸不均一,并且在基底上杂乱无章分布,有些甚至具有多种给受体比例和不同的分子堆积结构,直接导致了其光电性质有所不同,进而限制了共晶材料在实际中的应用。

中国科学院化学研究所胡文平研究员课题组针对这一问题,以苝-TCNQ复合物为例,利用简单的滴铸法调节溶液中给受体浓度,实现了对两种苝-TCNQ共晶的大规模可控制备,进一步器件研究发现这两种共晶具有截然不同的场效应和光响应性质。相关结果发表在Small上。

作为经典的电荷转移复合物,苝-TCNQ存在给受体比例分别为1/1(P1T1)和3/1(P3T1)的两种晶相。在共晶材料制备过程中,这两种晶相往往伴随而生。该研究团队利用简易的溶液滴铸法大规模选择性地合成了P1T1纳米线和P3T1微米片。进一步结构表征发现,P1T1纳米线沿c轴采取分列柱方式堆砌,而P3T1微米片采取类交替柱方式堆砌。该研究团队发现,这两种具有不同分子堆积结构和微纳形貌的共晶,也有着截然不同的场效应和白光响应性质。P1T1纳米线只表现空气稳定n型场效应性质,而P3T1具有双极性的性质,这个有趣的现象也被理论计算所验证。同时,在白光下P1T1纳米线响应度比P3T1微米片高一个数量级,据此他们提出“共晶中类交替柱堆砌方式不利于光生激子的分离”。他们相信,该共晶生长机理的研究及其结构功能关系的建立,为下一步理性设计与大规模控制制备功能化有机共晶材料铺平道路。