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中国半导体十大研究进展候选推荐（2022-047）——n型导电聚合物的合成新方法

已有 1427 次阅读 2022-12-28 09:34 |系统分类:论文交流

1 工作简介

——n型导电聚合物的合成新方法

导电聚合物作为有机半导体材料的重要组成部分，自导电聚乙炔被报道以来就吸引了人们的广泛关注，并开创了“合成金属”这一新兴领域。其中，掺杂是提高有机半导体材料导电性能的重要手段之一。然而，相比于p型掺杂，目前有机半导体材料的n型掺杂效率较低（通常在10%左右），且空气稳定性存在问题。需要进一步降低材料的最低未占据轨道（LUMO）能级以及设计空气稳定的高效n型掺杂剂。而这通常需要设计十分复杂的分子结构，导致这类n型导电聚合物难以得到广泛应用。

近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的黄飞教授团队创新地提出了一种新的n型导电聚合物合成策略。经过对聚合反应以及掺杂进程精心设计，利用醌类氧化剂可逆的氧化还原特性，在以四甲基苯醌为氧化剂的条件下，首先利用氧化反应实现苯并双呋喃二酮前驱体的脱氢聚合；另外，随着聚合程度的提高，生成的聚合物具有极低的还原能级，同时生成的四甲基氢醌又具有一定的还原性，从而同步实现对聚合物的原位n型掺杂。

图1. 聚合物PBFDO的合成机理图。

该过程极大地提高了聚合物的n型掺杂效率。合成的聚合物（苯并二呋喃二酮，PBFDO）展现出超高的电导率（超过2000 S cm^-1）以及良好的空气稳定性，在有机电化学晶体管、有机热电器件和柔性印刷电极中具有优异的性能和应用前景，有利于进一步推动有机柔性半导体的发展。

图2. 聚合物PBFDO在有机电子器件中的应用展示图。

相关成果以“A solution-processed n-type conducting polymer with ultrahigh conductivity”为题，发表在Nature上。论文的第一作者是华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的唐浩然博士，通讯作者是黄飞教授。论文的合作者包括华南理工大学曹镛院士、马於光院士，南方科技大学郭旭岗教授、张元竹教授和北京大学裴坚教授等。

2 作者简介

通讯作者

黄飞，教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，教育部长江学者特聘教授。现任华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室副主任。

主要从事有机聚合物光电材料与器件方面的研究，在新型水醇溶界面材料及界面调控方法、新型聚合物光伏材料与器件等方向做出了系列创新成果。曾获教育部首届青年科学奖，美国化学会Arthur K. Doolittle Award奖，两次参与获得国家自然科学二等奖。任高分子学报副主编，Chemistry of Materials、Sci China Chem等刊物编委，中国材料学会高分子分会副秘书长。