明星志愿2050这是不是真相?

　　在过去的三十年里，聚合物半导体材料由于在机发光二极管（OLED）、有机光伏（OPV）和有机薄膜晶体管（OTFT）等光电器件方面的巨大应用价值，吸引了工业界和学术界的极大兴趣。n型聚合物半导体是逻辑互补型有机电子器件的基本组成部分，为了实现互补金属氧化半导体（CMOS）类逻辑电路和其他类型的p-n结器件，高性能的p型和n型半导体都是必不可少的。然而，目前n型聚合物半导体在器件性能方面的发展远远落后p型材料。因此，设计合成出电子迁移率（µe）超过 5 cm2 V−1 s−1的单极 n 型聚合物半导体材料仍然是有机半导体中的一个巨大挑战。吡咯并吡咯二酮 (DPP) 已被证明是构建高性能 p 型和双极性聚合物半导体的成功单元。然而，DPP 差强人意的拉电子能力导致所得聚合物的前线分子轨道 (FMO)能级较浅，从而限制了其在构建单极n型聚合物半导体中的应用。

　　基于DPP的二受体和三受体策略是设计合成高迁移率聚合物半导体较好的方法。但是，此策略一般仅能合成双极性半导体，很难构建纯n型聚合物。为了进一步合成单极n型聚合物，王洋等在DPP三受体的基础上进一步引入电负性很强的氟原子，以期进一步降低前线轨道能级。通过优化C-H键活化反应的条件，他们成功地克服了对DFB合成上的挑战。与之前报道的非氟化对应物DBD相比，DFB单元具有更深的HOMO/LUMO能级和由非共价构象锁引起的形状稳定的骨架，上述优点使DFB成为设计n型聚合物半导体材料的良好构建模块（如图1所示）。通过与简单的噻吩衍生物共聚，他们进一步开发了一系列具有深HOMO/LUMO能级和高平面性骨架的n型聚合物半导体材料（即pDFB-T、pDFB-TF、pDFB-2T和pDFB-2TF）。

　　图1. (a)文献中高迁移率DPP类聚合物结构。(b)在本研究中提出的氟化三受体结构的策略和合成的单极n型聚合物pDFB-TF。(c)DBD和DFB的化学结构。

　　除pDFB-2T外，其余DFB 聚合物都表现了出类拔萃的单极性 n 型场效应晶体管性能。值得注意的是，通过DFT计算和GIWAXS分析表征，pDFB-TF 被观察到具有全锁主链构象和结晶相干长度（CCL）为 524 Å 的高结晶度，这使得pDFB-TF具有较长的有效π共轭长度和较大的晶体尺寸以及较短的π堆积距离，从而导致优异的链内和链间电荷输运。其中，以pDFB-TF为活性层的单极性n型OTFTs展示了高达5.04 cm 2 V −1 s −1的电子迁移率，这是迄今为止报道的基于DPP的纯n型聚合物的最高电子迁移率值（如图2所示，OTFTs没有经过器件工程优化，如电极修饰，刮涂取向等加工工艺）。

　　图2. (a)本研究中使用的顶栅/底接触OTFT器件示意图。(b)本工作中晶体管阵列的照片（尺寸为2 cm×3 cm）。(c)本研究中四种聚合物的电子迁移率对比图。(d)文献中基于DPP的单极性n型聚合物的电子迁移率值的总结。(e到l) 本工作中OTFT的典型n型转移输出曲线。

　　综上所述，本工作通过氟化三受体的混合受体调制策略以及C-H活化反应制备了新型强拉电子能力的受体单元。通过与简单的噻吩衍生物共聚，开发了一系列具有深HOMO/LUMO能级和高平面性骨架的n型聚合物，其n型OTFTs展示了高达5.04 cm 2 V −1 s −1的电子迁移率，是目前基于DPP的n型聚合物的最高值。该研究工作表明，“氟化三受体结构”的混合受体调制策略为创制高迁移率n型聚合物半导体材料开辟了一条新的道路，并为进一步应用于有机光电器件打下坚实的基础。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金和复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室等的共同资助。

　　王洋，浙江绍兴人，现任复旦大学材料科学系青年研究员、聚合物分子工程国家重点实验室PI、博士研究生导师。入选上海市千人计划、东方学者特聘教授（2020年度）。2010年本科毕业于西北工业大学，2013年硕士毕业于中科院宁波材料所，师从葛子义研究员。2017年博士毕业于日本东京工业大学，随后获日本学术振兴会JSPS特别研究员资助在RIKEN (CEMS)开展博士后研究工作，师从K.Takimiya (瀧宫和男)教授。2020年加盟刘云圻院士团队。主要围绕n型聚合物的合成、骨架构象调控及其多功能器件应用三个层面而展开研究。迄今以第一/通讯作者在 Matter, AM(3), JACS, Angew, AFM(2)等期刊上发表论文30余篇，并受邀在 Trends in Chemistry 发表独立通讯的综述文章。为 Adv. Mater.等多个期刊的独立审稿人。作为负责人主持国家自然科学基金和上海市自然科学基金项目。

　　欢迎材料、化学、物理、电子相关专业背景的学生报考本课题组硕士或博士研究生；也欢迎相关研究领域的博士加盟本课题组进行博士后合作研究，与我们共同努力探讨有机光电材料与器件领域及相关交叉学科的重大科学问题。课题组将提供充足的科研经费，良好的研究实验条件，并提供出国参加国际会议等访问交流机会。有意者请发简历给.cn(本信息长期有效)。