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游劲松团队与张程课题组在氧族杂稠环共轭半导体材料领域取得新进展

访问量:发布时间:2022-11-15

随着科学技术的不断发展,产业革命的不断升级,国家间战略性资源的竞争日益加剧,对高性能新材料的需求日益增长,新材料的开发和应用成为科技竞争的制高点和科学研究的热点。如何高效构筑廉价、高性能的有机半导体材料是其中一个重要挑战。多并苯体系如并四苯、并五苯等是一类具有广泛前景的高性能半导体材料,但随着苯环单元的增加,稳定性降低,构筑难度增大。

近日,游劲松团队与张程课题组合作,以萘这类最简单的多并苯化合物为研究对象,通过RuCl3催化下萘C-8位的C-H/C-H自偶联及环化反应,高效构筑了一系列氧族元素掺杂的新型蒽嵌蒽类衍生物,并通过杂原子策略、取代基策略以及氧化策略深入研究这类材料的构效关系。通过一系列单晶结构分析和理论计算验证,发现杂原子策略可以调控分子堆积的滑移方向以及π-π堆积距离;取代基策略可以调控材料的堆积模式(一维堆积、二维鱼骨形堆积);而氧化策略则可以引入更多的氢键相互作用,主导材料的排列方式。将该系列材料制备单晶场效应晶体管器件,并对其半导体特性进行了表征。研究表明,硫杂蒽嵌蒽(PTT)具有最高可达1.1 cm2 V-1 s-1的空穴迁移率。

值得一提的是,通过将PTT的硫原子氧化成砜,得到的砜杂蒽嵌蒽(PTT-O4)表现出极强的缺电子性质,由传统的空穴传输材料转变为电子传输材料,其单晶场效应器件的电子迁移率为0.022 cm2 V-1 s-1。这是将硫代吡喃稠合的多并苯p型半导体材料通过氧化策略构筑n型材料的首次报道。

该研究以“Molecular Engineering of Chalcogen-Embedded Anthanthrenes via peri-Selective C–H Activation: Fine-Tuning of Crystal Packings for Organic Field-Effect Transistors”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition上,四川大学为第一单位,化学学院游劲松教授、兰静波教授和张程特聘研究员为该论文通讯作者,刘郑博士为论文的第一作者。感谢国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学的经费支持。同时感谢李静老师和阳萌老师在化合物表征、单晶解析中提供的帮助。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202211412

 

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