美国劳伦斯伯克利国家实验室刘毅和华南理工大学陈军武《JACS》:新型稳定构筑有机光电材料的结构单元p-AQM

结合了扩展变形后的对醌二甲烷（p-QM）单元的醌式结构吸引了大量科学家的兴趣，被广泛用来构筑功能性的有机光电和磁性材料。然而，p-QM单元的双自由基特性导致了高反应活性，所以不能直接把p-QM用作结构单元引入聚合物主链内。一般的解决办法是对其单元结构进行扩展变形从而稳定其反应活性，一种是把p-QM并在扩展的共轭体系（比如噻吩）上，另外一种是在p-QM上引入强吸电子基团。然而，怎样通过不对p-QM单元结构进行扩展，从而直接使用非扩展的醌式结构作为结构单元引入聚合物主链中，一直亟待解决。

近日，美国劳伦斯伯克利国家实验室刘毅课题组和华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室陈军武课题组合作，通过直接在p-QM环上引入氮原子和烷氧基链，合成了p-QM的变体—氮杂对醌二甲烷（p-AQM）。p-AQM的合成不仅简单高效(两步法)，而且作为一个新型稳定，非扩展的醌式结构，p-AQM可以直接作为结构单元来构筑窄带隙光电聚合物，同时展现出与传统的电子受体不一样的特性。通过与寡噻吩共聚的方法所构筑的一系列的p-AQM共轭聚合物不仅具有窄带隙和高迁移率的特点，而且其带隙展示出了与D-A聚合物相反的变化规律。理论计算解释了这种规律，揭示了本质，并为新型独特的共轭聚合物的设计和制备提供了新思路。该成果发表于国际著名化学期刊《Journal of the American Chemical Society》上，共同第一作者是博士研究生刘迅成和何博博士，通讯作者是何博博士，陈军武教授，刘毅博士。

▲ 图1. (a)p-QM结构示意图, (b) 本文中稳定的 p-AQM的结构示意图, (c) 窄带隙聚合物的醌式结构和芳香结构共振示意图, (d) p-AQM构筑的交替醌式-芳香结构窄带隙聚合物的共振示意图

▲ 图2.单体的结构和合成步骤示意图

▲ 图3. 聚合物结构和合成步骤示意图

▲ 图4.聚合物的薄膜吸收, 随着重复结构单元上噻吩个数的增加,吸收蓝移, 带隙增大

▲ 图5.(a) 两种不同AQM-2T 单体的构型示意图;(b)模拟计算的P1-P3的带隙; (c) 模拟计算的P1-P3的前线轨道和能级

图6.P2退火后薄膜的OFET迁移率可以达到0.5 cm² V^-1 s^-1, (a)输出曲线, (b)转移曲线

文献链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b04031

来源：高分子科学前沿

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