彭娟《德国应化》: 聚噻吩-聚硒吩全共轭嵌段共聚物共晶的调控

suliaoping

共轭聚合物由于π共轭体系的存在，具有丰富的光电性能，广泛应用于有机场效应晶体管、有机太阳能电池等领域。共轭聚合物的光电性能如载流子迁移率不仅取决于材料本身的分子结构，还取决于薄膜中的凝聚态结构。目前提高共轭聚合物光电性能的手段更多的集中于分子剪裁设计，很多新型体系比如给体-受体共轭聚合物性能优异，但合成手段较繁琐。因此，调控和优化共轭聚合物薄膜的凝聚态结构成为提高其光电性能的重要研究手段。然而，由于共轭聚合物的半刚性链的特性，人们在理论和实验上对于不能用高斯链模型予以普适描述的共轭聚合物的认识和阐述相比柔性聚合物链明显缺乏。因此，如何从共轭聚合物分子结构出发，调控共轭聚合物的凝聚态结构并建立结构与器件性能的内在关联，是亟待解决的关键问题。

最近，复旦大学高分子科学系邱枫-彭娟课题组设计并合成了一系列全共轭聚（3-丁基噻吩）-聚（3-己基硒吩）(P3BT-b-P3HS)嵌段共聚物，通过将聚噻吩、聚硒吩等模型化合物引入到嵌段共聚物体系，利用嵌段共聚物微相分离的特性使体系的凝聚态结构更加丰富可调，从而进一步调控其性能。由于聚噻吩、聚硒吩两个嵌段的主、侧链结构相近，该体系能够形成共晶。从分子结构上来看，P3HS分子共平面性高，有利于载流子在分子内传输； P3BT分子在侧链方向和π-π相互作用方向排列更紧密，有利于载流子在分子间传输。因此，该体系形成的共晶兼具聚噻吩和聚硒吩的优点，在未经任何热退火或溶剂退火情况下，其载流子迁移率高出同等条件下各自均聚物、共混物和无规共聚物一个数量级以上。

图1 全共轭聚噻吩-聚硒吩嵌段共聚物共晶及示意图

对比实验显示，当通过二次热退火使P3BT-b-P3HS（2:1）和（1:1）从共晶结构变成各自结晶后，体系载流子迁移率降低一个数量级以上，而P3BT-b-P3HS（1:2）仍旧保持共晶结构，体系的载流子迁移率变化不大。这进一步说明P3BT-b-P3HS共晶更有利于载流子的传输。总之，P3BT-b-P3HS共晶这种无需任何后处理即可获得较高载流子迁移率的特性，为构筑未来大面积柔性电子器件提供了一种可能的思路。更进一步，该研究揭示了P3BT-b-P3HS体系结晶结构和性能之间的构效关系，为理性设计基于共轭聚合物的功能材料提供了一些基本依据。

以上相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，并被选为Very Important Paper (VIP paper)。论文的第一作者为复旦大学高分子科学系博士生朱明晶，通讯作者为复旦大学高分子科学系彭娟教授和美国佐治亚理工学院Zhiqun Lin（林志群）教授。彭娟教授主持了该项研究工作，林志群教授参与了器件研究和讨论。

详见原文：

Mingjing Zhu, Shuang Pan, YueWang, Ping Tang, Feng Qiu, Zhiqun Lin, Juan Peng, Unravelling the Correlation betweenCharge Mobility and Cocrystallization in Rod-Rod Block Copolymers for High-Performance Field-Effect Transistors, Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201804585