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    我国学者提出介观聚合物新材料体系

    日期 2019-03-20   来源:工程与材料科学部   作者:马劲 李晓锋  【 】   【打印】   【关闭

    图. Meso-DPPBTz介观聚合物的合成及其喷墨打印场效应晶体管器件阵列

      在国家自然科学基金项目(批准号:51725304,51633006,51703159,51733004,91433115,21875158)和科技部、中国科学院的大力支持下,中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室、天津大学理学院的科研人员合作,采用一步法合成了一种分子量介于1-10 kDa之间的新型共轭材料体系,称之为“介观聚合物(Mesopolymer)”。研究成果以“Mesopolymer Synthesis by Ligand-modulated Direct Arylation Polycondensation towards N-type and Ambipolar Conjugated Systems”(配体调控直接芳基化反应合成N型和双极性共轭介观聚合物)为题,发表在Nature Chemistry(《自然:化学》)杂志上。倪振杰、王翰林、董焕丽为共同第一作者,胡文平为通讯作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-018-0200-y。

      共轭聚合物具有独特的光电活性,是一类在信息、能源等领域具有重要应用价值的材料。受限于传统的制备方法,共轭聚合物通常存在溶解性差、主链结构缺陷和批次间差异大等难题。而齐聚物虽然有精确的分子结构、规整的结构重复单元以及较好的溶解性,但是合成步骤复杂、产率低、成本极高,严重制约了其规模化应用。基于以上难题,研究人员提出了一种新的共轭材料体系¾¾介观聚合物,并发展了配体调控的直接芳基化聚合反应(DArP)制备方法。合成介观聚合物的关键在于控制产物主链的增长速率,以及限制主链上自偶联和β位偶联缺陷的产生。通过大量条件筛选,研究人员发现含有两个刚性金刚烷基团以及一条柔性烷基链的膦配体(Ad2PnBu)能够很好的控制反应的进行,并且将反应产物的数均分子量限制在1-10 kDa的范围内。研究人员基于模型底物进行了主链缺陷结构的细致分析:升温核磁共振氢谱以及基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱MALDI-TOF-MS证明其具有严格规整的交替结构,不存在自偶联组分;小分子参照实验以及DFT计算证明其不存在β位缺陷。更重要的是,这类介观聚合物的多批次合成展示出良好的重复性。紫外可见吸收光谱(UV-vis)和紫外光电子能谱(UPS)揭示,介观聚合物比对应的聚合物具有更宽的带隙和更深的LUMO能级,是一种潜在电子和双极性传输半导体材料。实验证实介观聚合物的电子传输能力远超传统聚合物(最大性能提升比达124倍),显示出明显的n-型与双极性性能。

      介观聚合物合成简便、结构严格有序、无缺陷、溶解性良好,在大面积溶液加工器件方面表现出独特优势。作为一类新型共轭半导体,介观聚合物有望克服传统共轭材料的不足,实现功能方面的突破。介观聚合物新材料体系的提出,将进一步丰富有机材料体系的内涵,推动有机光子学、生物传感、生物检测等相关领域的研究。




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