复旦大学邱枫-彭娟课题组在聚硒吩凝聚态结构调控方面取得新进展

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共轭聚合物的凝聚态结构是影响材料性能的重要因素。对共轭聚合物凝聚态结构的有效调控，有利于帮助我们揭示相结构与性能之间的内在关联。由于共轭聚合物半刚性链的特性，其凝聚态结构受到刚性主链和柔性侧链的双重影响，表现出与柔性聚合物链非常不同的动力学松弛行为，因此深入理解半刚性链体系所特有的凝聚态结构和演化机理对形态以致材料性能的控制极为必要。

复旦大学高分子科学系邱枫-彭娟课题组近年来围绕“共轭聚合物凝聚态结构的调控”这一主题，在基于聚噻吩的共轭均聚物、共轭嵌段共聚物、和基于聚噻吩的有机/无机杂化体系方面开展相关研究。该团队将高分子化学与物理研究手段紧密结合，从分子结构和外场作用两个方面来调控体系的凝聚态结构，理解共轭聚合物半刚性链的构象如何影响其凝聚态行为其中的道理，部分工作先后发表在ACS Nano（2010, 4, 3241），Macromolecules（2010, 43, 6422；2015, 48, 279；2016, 49, 287）, J. Mater. Chem. A (2016, 4,18432), Angew. Chem. Int. Ed. (2016, 55, 8686)（封面文章）, 和Soft Matter (2017, 13, 5261)（封面文章）上。

和研究很多的聚噻吩体系相比，聚硒吩体系由于合成困难且溶解性不如聚噻吩，研究相对少。聚硒吩具有和聚噻吩相似的化学及物理性质，但由于杂元环中的硒原子比硫原子半径更大、更易极化，硒原子间的相互作用更强，硒吩比噻吩具有较低的氧化还原电位和更窄的带隙等特点，使得聚硒吩能够接收更广频谱的太阳光且更容易实现热、电场激发，具有潜在优势。

最近，邱枫课题组彭娟副教授等人设计合成了一系列不同分子量的聚（3-己基硒酚）并研究其凝聚态相转变。该团队利用GIXRD等结晶测试手段，发现聚硒吩存在两种不同的晶型（I型和II型），随着聚硒吩分子量的逐渐增加，聚硒吩的晶型从纯II型转变成纯I型（图1）。更重要的是，对同一分子量的聚硒吩体系，通过热退火和溶剂退火，可以实现两种晶型的可逆转变。这种相转变可以可逆往返多次。她们利用红外光谱等手段对聚硒吩的结晶转变行为进行了细致探究，给出了聚硒吩两种晶型的示意图（图1）。两种晶型发生相转变的驱动力是它们在热退火和溶剂退火下的稳定性不同造成的。随后，该团队将聚硒吩的不同晶型应用在有机场效应晶体管中，将聚硒吩体系不同相形态、结晶结构、结晶度等与器件性能相关联。该工作推进了聚硒吩体系的基础研究及可能的应用。

图1 不同分子量的聚硒酚的晶型转变及两种晶型（I和II）示意图。

以上相关成果发表在 Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.7b02126) 上。论文的第一作者为复旦大学高分子科学系博士生王玥，通讯作者为彭娟副教授，共同通讯作者为美国佐治亚理工学院林志群教授。

论文链接：

http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.7b02126

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