缺電子結(jié)構(gòu)單元在n型聚合物的開發(fā)中起到至關(guān)重要的作用，但是目前在n型聚合物的開發(fā)中，可供選擇的缺電子結(jié)構(gòu)單元的種類相對(duì)較少，這嚴(yán)重制約了其發(fā)展。氰基官能團(tuán)具有強(qiáng)的吸電子能力，能夠有效地拉低分子的前線軌道能級(jí)，在缺電子結(jié)構(gòu)單元的開發(fā)中被廣泛應(yīng)用。南方科技大學(xué)郭旭崗教授團(tuán)隊(duì)基于氰基功能化這一策略，開發(fā)了一系列新型缺電子結(jié)構(gòu)單元及其聚合物半導(dǎo)體材料，報(bào)道了一系列原創(chuàng)性的工作（Adv. Mater. 2019, 1905161.; Adv. Mater. 2020, 32, 2001476.; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 4329.; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1539.; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202205315.; Adv. Mater. 2023, 2210847.）。
圖1. （a）氰基丁二烯類缺電子結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)策略，（b）該類缺電子結(jié)構(gòu)單元及報(bào)道的氰基噻吩類結(jié)構(gòu)單元的理論計(jì)算LUMO能級(jí)（基于自旋限制的密度泛函理論(DFT)，在B3LYP/6-31G(d)方法和基組下計(jì)算）。
圖2.氰基丁二烯類缺電子結(jié)構(gòu)單元的合成路線（a），及其聚合物的分子式（b）。
圖3.模型分子的單晶結(jié)構(gòu)。
得益于該類受體單元的強(qiáng)缺電子性質(zhì)，它們的聚合物都具有深的LUMO能級(jí)（-3.94到-4.06 eV）和HOMO能級(jí)（-5.65到-5.79 eV），這有利于實(shí)現(xiàn)單一極性的電子傳輸，理論計(jì)算證明該類聚合物具有高度平面性，這和模型分子分析結(jié)果一致。作者將該類聚合物應(yīng)用于薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OTFTs）器件，三個(gè)聚合物都表現(xiàn)出了單極性的電子傳輸，最高遷移率可以達(dá)到1.07 cm2 V-1 s-1（圖4）。
在該工作中，作者通過氰基功能化丁二烯及其衍生物，開發(fā)了一類結(jié)構(gòu)簡單、合成方便且具有高度平面性的強(qiáng)缺電子結(jié)構(gòu)單元，并基于它們開發(fā)了一系列新型的n型聚合物半導(dǎo)體材料。該工作不僅豐富了缺電子結(jié)構(gòu)的種類，還為它們的開發(fā)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。
文章第一作者是南方科技大學(xué)博士后李建鋒博士和海南大學(xué)材料學(xué)院陳志才副教授，通訊作者為南方科技大學(xué)郭旭崗教授和海南大學(xué)陳志才副教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307647
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