本文通过聚合单体的理性设计和直接芳基化聚合策略, 实现了薁基聚合物主链中薁单元偶极取向排列方式的精准调控, 合成了3个基于2,6-薁和双噻吩酰亚胺的共轭聚合物P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3), 3个聚合物主链中2,6-薁单元偶极取向排列方式不同. 其中聚合物P(AzBTPD-1)主链中薁单元偶极取向排列呈现无序,P(AzBTPD-2)主链中薁单元偶极取向呈现头-头和尾-尾的方式排列, 而P(AzBTPD-3)主链中薁单元偶极取向为高度有序的头-尾方式排列, 系统研究聚合物主链中薁单元偶极取向排列方式对其物理化学性质和载流子传输性能的影响.
通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法对聚合物的光谱和电化学性质进行研究. 基于3个聚合物的有机场效应晶体管(OFET)器件均表现出n-型半导体特性, 其中薁单元偶极取向排列高度一致的聚合物P(AzBTPD-3)表现出最优的器件性能, 电子迁移率可达0.027 cm2 V−1 s−1.
结果表明, 调节2,6-薁基共轭聚合物主链中薁单元偶极取向的排列方式可以实现材料的能级、聚集态结构以及器件性能的调控.P(AzBTPD)系列聚合物的分子设计理念和直接芳基化合成策略为薁基共轭聚合物和其他含有低(不)对称结构单元的共轭聚合物的精准合成提供了研究思路, 为进一步理解薁基聚合物材料的结构-性质/性能关系提供了参考.
图文速览
图1聚合物P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3)化学结构
图2聚合单体M1、M3和M4的合成路线
图3聚合物P(AzBTPD-1)(a)、P(AzBTPD-2)(b)和P(AzBTPD-3)(c)的合成路线
图4 P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3)氯仿溶液和薄膜的紫外-可见吸收光谱
图5P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3)OFET器件转移(a)~(c)和输出曲线(d)~(f)
表1聚合物P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3)的分子量、多分散系数和热分解温度
表2聚合物P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3)的光谱和电化学相关数据
表3P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3)在不同退火温度下的OFET器件性能
汪洋, 向焌钧, 高希珂*. 2,6-薁和双噻吩酰亚胺共聚物的设计合成及载流子传输性能. 科学通报, 2024, 69(1): 45–57,
https://doi.org/10.1360/TB-2023-0749
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