有机薄膜晶体管（OTFT）作为有机集成电路、柔性显示器和可穿戴设备中的关键组成部分，受到了学术界和工业界的广泛关注。OTFT的核心是有机半导体层，其根据载流子的极性可分为三类：空穴传输（p型）、双极性传输和电子传输（n型）。目前，p型聚合物的空穴迁移率已达到了30 cm2V-1s-1,双极性聚合物也表现出超过3 cm2V-1s-1的平衡传输性能。相比之下，n型聚合物的性能较为落后，电子迁移率通常低于3 cm2V-1s-1。而n型聚合物半导体材料在构筑 p-n 结、逻辑互补电路、进一步降低器件功耗以及提高信噪比等方面至关重要，因此亟需开发高性能的n 型聚合物半导体以匹配当前领域的重大需求。
强吸电子受体单元的缺乏限制了高性能n型聚合物半导体材料的发展，近期，复旦大学刘云圻院士/王洋青年研究员团队联合中科院宁波材料所葛子义研究员团队采用外围功能化策略，结合硼氮配位键和氰基的优势，在蒽中引入N,O-BF2/B(CN)2基团，设计合成了两种新型受体单元：DBNF和DBNCN。通过分析DBNF的单晶结构，硼氮偶极的存在增强了分子堆积，DBNF表现出较短的π-π堆积距离（3.23 Å），紧密的分子堆积有利于提高聚合物半导体材料的电荷传输能力；同时，由于硼氮配位键的吸电子作用，DBNF的LUMO能级为-3.94 eV。进一步地，将硼上的氟原子取代为氰基后，可以实现更强的拉电子效果，硼氮配位键与氰基的协同作用使DBNCN具有更低的LUMO能级（-4.34 eV）。图2. a）受体单元DBNF和DBNCN的合成路线；b）DBNF的晶体堆积结构；c） 受体单元的循环伏安曲线；d）受体单元的能级图。受体单元DBNF和DBNCN具有良好的溶解性和强缺电子特性，作者使用它们的溴代单体合成出了相应的n型聚合物PDBNF和PDBNCN。聚合物PDBNF薄膜的最大吸收波长较溶液状态发生轻微的蓝移，表明其在溶液状态存在较强的预聚集行为。循环伏安法测得PDBNF与PDBNCN的LUMO能级分别为-3.96 eV和-4.01 eV，较深的LUMO能级有利于提高聚合物的电子迁移率。采用顶栅底接触的结构构筑了OTFT器件，测得聚合物PDBNF和PDBNCN的电子迁移率分别为3.04 cm2V-1s-1和1.28 cm2V-1s-1，其中，PDBNF的电子迁移率是目前报道的硼氮聚合物中性能最好的聚合物之一。器件稳定性也是一个重要指标，在空气中存放60天，两种聚合物的器件性能依然能够保持在85%以上。使用n型掺杂剂N-DMBI掺杂后，PDBNCN的电导率和功率因数分别为95.5 S cm-1和147.8 μW m−1 K−2，是目前n型聚合物中使用掺杂剂溶液加工的性能最好的聚合物之一。图3. a）聚合物PDBNF和PDBNCN的合成路线；（b,c）PDBNF的转移与输出特性曲线；（d,e）PDBNCN的转移与输出特性曲线。
综上所述，采用硼氮配位键与氰基的双功能化策略合成了两种新型受体单元DBNF和DBNCN，并基于它们开发了两种高性能的n型聚合物半导体材料。该工作不仅丰富了受体单元的种类，也提供了一种设计合成强吸电子受体单元的合成策略，为设计合成高性能n型聚合物半导体材料铺平了道路。复旦大学材料科学系刘云圻院士、宁波材料所葛子义研究员、复旦大学材料科学系王洋青年研究员为该文共同通讯作者，该研究工作得到了国家自然科学基金和上海市科委的资助。Zhen Jiang‡, Di Liu‡, Yang Wang*, Wei Song, Dongsheng Yan, Ziyi Ge* and Yunqi Liu*,A Tricyclic Framework with Integrated B←N and Cyano Dual Functionalization for Superior n-Type Organic Electronics, Angewandte Chemie International Editionhttps://doi.org/10.1002/anie.202416669声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
