文章重要内容
华南理工大学黄飞教授团队通过氧化偶联一锅法合成了具有共轭长度可控的苯并二吲哚二酮基齐聚物，并将其用于构筑共轭聚合物，深入研究了构筑单元的共轭长度对材料及器件性能的影响。
文章背景
有机共轭聚合物具有质轻、柔性和可大面积加工等优势，被广泛应用于有机场效应晶体管（OFET）、有机光伏电池（OPV）等电子器件中。聚合物的共轭结构与性能紧密相关，因此材料的结构设计策略和材料合成方法的研究具有重要意义。许多经典的芳香构筑单元，如吡咯并吡咯二酮(DPP)、异靛蓝(IID)等被广泛地研究，分子结构调控方法也得到了快速发展。然而，对分子共轭长度与材料及器件性能关系的理解仍然相对较少，设计和开发共轭长度连续可控的结构单元在合成上依旧面临挑战。
文章概述
近期，华南理工大学黄飞教授团队利用氧化自偶联反应，通过简单的一锅合成法成功制备了基于苯并二吲哚二酮单元的二聚体DBIDI和三聚体TBIDI，并基于一聚体和二聚体单元合成了四个D-A型共轭聚合物PBIDI-T、PDBIDI-T、PBIDI-4F-T和PDBIDI-4F-T（图1）。研究结果表明，随着苯并二吲哚二酮单元数目的增多，材料的最低未占分子轨道（LUMO）能级逐渐降低，带隙逐渐变窄，并且与基于一聚体的聚合物相比，基于二聚体的聚合物也具有更低的能级（图2），说明共轭延展策略可以有效调节材料的前线轨道能级。
图1 (a) 齐聚物BIDI、DBIDI、TBIDI和(b) 共轭聚合物PBIDI-T、PDBIDI-T、PBIDI-4F-T，PDBIDI-4F-T的合成路线
图2 BIDI系列齐聚物(a, b)与共轭聚合物(c, d)的循环伏安曲线和能级
进一步，团队通过OFET器件表征了材料的载流子传输性能。随着低聚物共轭长度的延伸，材料的电子能级逐渐降低，有助于电子的注入和传输，材料由p型传输特性转变为双极型传输（图3）。聚合物均表现为双极型传输特性，含有单个苯并二吲哚二酮构筑单元的聚合物PBIDI-4F-T表现出了9.05×10-2 cm2·V-1·s-1的最大电子迁移率和4.21×10-3 cm2·V-1·s-1的最大空穴迁移率。
图3 基于BIDI(a, d)、DBIDI(b, e)和TBIDI(c, f)的转移和输出特性曲线
本研究为吸电子齐聚物结构模块的构建提供了新的设计及合成思路，为新型有机共轭聚合物的流子传输特性调控提供了新的可能。
该工作以研究论文形式即将在《高分子学报》2025年第2期印刷出版。
引用本文：蔡厚继, 谭若兮, 董方亮, 张杰, 胡正伟, 赵海洋, 刘春晨, 王明, 黄飞, 曹镛.基于苯并二吲哚二酮的齐聚物共轭长度调节及应用：共轭聚合物构建及载流子传输性能调控.高分子学报, 2025, 56(2), 286-298Cai, H. J.; Tan, R. X.; Dong, F. L.; Zhang, J.; Hu, Z. W.; Zhao, H. Y.; Liu, C. C.; Wang, M.; Huang, F.; Cao, Y.Conjugation length adjustment and application of oligomers based on benzodiindodione: conjugated polymer construction and carrier transport performance regulation. Acta Polymerica Sinica, 2025, 56(2), 286-298doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24225CSTR: 32057.14.GFZXB.2024.7299.
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