具有非共价Se···O构象锁结构的高效有机光电共轭聚合物

共轭有机半导体材料在有机光电等领域具有广泛的应用前景,设计并合成高性能的共轭有机半导体材料非常重要。为了实现有机光电材料较高的电荷传导性,共轭聚合物一般要求具有高共平面性的分子结构。主要原因在于共平面的分子结构有利于电荷的离域和分子间的π-π堆积,从而有利于电荷的跃迁。对于聚合物体系,调节其分子共平面性的关键在于限制其主链结构中的单键的自由旋转以获得高共平面的分子构象。常用的限制分子中单键自由旋转的方法主要有两种:一是通过形成稠环化合物的方法来限制分子中单键的自由旋转以提高分子的共平面性。该方法的主要缺点在于合成稠环化合物所需的反应步骤多、合成代价大,从而在经济性上限制了其实际应用前景。另一种方法是通过引入具有“构象锁”功能的非共价作用力来控制分子中单键的自由旋转以强化目标分子的共平面性,该方法的优点在于避免了多步的合成步骤,简便易行。虽然Se···O非共价相互作用在生物体系中广泛存在,但是,目前在有机光电领域非共价构象锁结构单元的研究大都针对硫元素展开,局限在研究S···X(X = O,N,卤化物)之间的弱相互作用,利用Se···O非共价相互作用来控制有机半导体材料的结构以提高其平面性还未见报道。

最近中国科学院大学黄辉教授课题组首次报道了通过一个简短的合成路线得到一种新型的具有Se···O 非共价构象锁结构的模块,1,2-二乙氧基-1,2-双硒吩乙烯撑(DESVS),并通过DFT计算、熔点、光致发光光谱、Se NMR以及单晶结构研究了该构象锁模块的物化特性,证明了DESVS构象锁模块中Se···O 非共价作用的存在。然后,进一步利用这一模块合成了一系列新型的稳定的、共平面的、便于溶液加工的共轭聚合物有机光电材料,制备了相应的有机场效应管和有机太阳能电池器件。研究发现:基于DESVS聚合物的场效应管展现了较高的载流子迁移率 :1.49 cm2/V·s (p-型) 和 0.65 cm2/V·s (n-型) ;基于DESVS聚合物的有机太阳能电池更是取得了大于5% 的最佳的器件效率。该研究开辟了一种利用Se···O非共价键构象锁构建高性能的有机共轭半导体材料的新路线,对设计并合成高性能的共轭有机半导体材料具有重要的指导借鉴意义。相关文章在线发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201606025)上。

Speak Your Mind