中科院上海有机所高希珂研究员课题组：基于薁的有机光电功能分子研究取得系列进展
有机半导体材料作为有机光电器件的核心组成部分，成为有机电子学的研究热点。材料的分子结构从根本上决定了材料的性能，因此，有机半导体材料的结构创制与合成一直是有机电子领域合成化学家关注的焦点。薁（Azulene）是一种青蓝色的具有较大分子偶极矩的非苯芳香化合物。从分子结构上看，薁是由缺电子的七元环和富电子的五元环并合而成，具有非镜面对称的分子前线轨道（HOMO/LUMO）、较低的能隙和反Kasha规则的荧光性质。薁因其独特的分子结构和物理化学性质备受关注。近年来，薁在构筑有机光电功能分子材料方面取得了一些进展。然而，设计合成基于薁的新型有机共轭小分子和聚合物仍然面临着较大的困难和挑战。
中国科学院上海有机化学研究所有机功能分子合成与组装化学院重点实验室的高希珂研究员课题组在这一领域进行了研究探索，并撰写了相关综述对薁基有机光电子材料进行展望（ChemPlusChem 2017, 82, 945-956. Spotlighted by Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 10018）。
苝二酰亚胺（PDI）是一类明星的染料/颜料分子（图1），其分子结构由萘环和酰亚胺基团组成，已广泛应用于生产实践和有机半导体材料研究。高希珂课题组设计并合成了一种新型有机半导体材料结构砌块——联薁二酰亚胺（BAzDI）（图1），其分子结构由两个薁环和两个酰亚胺单元组成（Chem. Sci. 2016, 7, 6701-6705. Highlighted by Synfacts 2016, 12, 1040）。鉴于薁和萘互为同分异构体，从化学组成上看，BAzDI和PDI的分子骨架只相差两个氢原子，这使得BAzDI化合物的物理化学性质和光电功能备受期待。研究表明，BAzDI具有独特的分子结构和物理化学性质，有望成为一类重要的有机半导体材料结构砌块。
图1. 苝二酰亚胺（PDI）和联薁二酰亚胺（BAzDI）的化学结构及组成单元
将2,6-位连接的薁单元引入共轭聚合物主链，可以充分利用薁的分子偶极（D-A结构），获得强的分子间作用力，进而获得高的光电性能。因此，设计合成基于2,6-位薁单元的共轭聚合物具有重要的研究意义。近日，该课题组在BAzDI的6,6¢-位进行π扩展，首次报道了两例基于薁2,6-位连接的共轭聚合物P(TBAzDI-TPD)和P(TBAzDITFB)（图2），并将其应用于有机场效应晶体管（OFET）和全聚合物太阳能电池（all-PSC）研究。基于P(TBAzDI-TPD)的OFET器件表现出了高达0.42 cm2 V-1 s-1的电子迁移率，这是基于n-型聚合物的底栅极OFET器件的最高性能之一。此外，由P(TBAzDI-TPD)为受体材料、PTB7-Th为给体材料构筑的all-PSC器件表现出1.82%的光电转换效率，表明该类聚合物在all-PSC器件中同样具有较大的潜力。
图2. 薁共振结构及其2,6-位连接的共轭聚合物P(TBAzDI-TPD)和P(TBAzDITFB)
聚合物薄膜的掠入射广角X-射线衍射研究表明，两个聚合物都以edge-on的形式排列在基底上，其π-π堆积距离约为3.55 Å，是高性能聚合物半导体材料中最短的π-堆积距离之一。该结果表明，基于2,6-位薁单元的共轭聚合物可以充分利用薁的分子偶极（D-A结构），获得强的π-堆积。因此，将2,6-位连接的薁单元引入共轭聚合物主链是获得高性能有机光电材料的一种有效策略。该工作不仅为基于薁的高性能有机光电材料的研究提供了思路，也贡献于薁化学的发展。相关工作已发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1322-1326上（Highlighted by Synfacts 2018, 14, 0258 and AdvancedScienceNews），博士生辛涵申为上述论文的第一作者。
上述研究工作得到了国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项（B类）、上海有机所“百人计划”和上海市科委的大力资助。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cplu.201700039/full
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2016/sc/c6sc02504h
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711802/full
免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：info@polymer.cn
关注高分子科学技术 👉
长按二维码关注
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。