复旦大学刘云圻院士团队王洋课题组综述了近年来基于吡咯并吡咯二酮（DPP）及其衍生物的n型/双极性聚合物半导体材料的研究进展。详细介绍了n型/双极性DPP基聚合物半导体的分子设计策略与合成路线，并阐明了高迁移率n型/双极性DPP基聚合物半导体材料的构效关系。
聚合物半导体材料具有化学结构易修饰、能带及光谱可调、高柔性、可结合印刷技术实现大面积制备电子器件等优势，在有机光电子领域潜力巨大。虽然目前已发展了丰富和高迁移率的p型聚合物半导体材料，但是n型和平衡双极性聚合物半导体在分子多样性、迁移率和稳定性上远远落后于p型聚合物材料。如何更好地设计n型/双极性聚合物半导体的分子结构对于发展高性能有机集成电路电路、全聚合物太阳能电池、有机热电等p-n结器件具有重要意义。
图1 降低DPP基聚合物半导体LUMO能级的分子设计策略
基于此，复旦大学王洋课题组近年来聚焦DPP基n型/双极性/聚合物半导体材料，在DPP基二聚体或多聚体的设计及其C-H直接芳基偶联合成等方面开展了系列研究。近日，他们对DPP基n型/双极性聚合物半导体材料的研究进展进行了总结。在众多的受体单元中，DPP具有优异的分子平面性和较好的拉电子能力。基于DPP的p型有机聚合物半导体材料因其具有优异的光电性能而受到了广泛关注。然而，由于相对较高的最低未占分子轨道（LUMO）能级，n 型和平衡双极性DPP基聚合物材料相对较少。此外，他们的迁移率和空气稳定性也远远落后于p型DPP聚合物材料。因此，许多研究工作致力于开发具有更强拉电子能力的DPP衍生物来降低材料的LUMO能级，从而提高电子迁移率。该综述总结了近年来常用的降低DPP聚合物LUMO能级的分子设计策略 （图1），包括1.；将DPP与不同的受体单元共聚2. 将DPP与不同的弱给体单元共聚；3.DPP单体两侧芳基的优化；4.对DPP进行扩环；5. 设计合成DPP二聚体或多聚体衍生物。该综述按照上述分子设计策略分类，详细介绍了n型/双极性DPP聚合物半导体的合成方法、路线, 并阐明了结构与性能之的关系，最后评述了各类策略的优劣势，为新一代高性能n型/双极性聚合物半导体材料的理性设计提供了指导。
论文信息
Rational Molecular Design of Diketopyrrolopyrrole-Based n-Type and Ambipolar Polymer Semiconductors
Tao Shen, Zhen Jiang, Yang Wang, Yunqi Liu
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202401812
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