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 cm ² 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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