2024年4月22日， 貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院劉迅成特聘教授團隊 在 可綠色溶劑加工的高性能共軛聚合物半導(dǎo)體材料 的研究中取得了突破性進展，該工作以“A Three-in-One Hybrid Strategy for High-Performance Semiconducting Polymers Processed from Anisole”為題發(fā)表在 國際著名材料期刊《Advanced Science》(影響因子15.1，中科院一區(qū)****TOP)。貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院是論文的第一完成單位，貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院2019級碩士研究生劉成為第一作者，2019級碩士研究生梁歡歡及2021級碩士研究生謝潤澤為該論文的共同第一作者，貴州大學(xué) 劉迅成特聘教授 和美國勞倫斯伯克利國家實驗室 劉毅高級研究員 為論文通訊作者。論文共同作者還包括美國南密西西比大學(xué)顧曉丹教授、華南理工大學(xué)陳軍武教授和張連杰副教授。

聚合物半導(dǎo)體材料在有機場效應(yīng)晶體管(OFET)、有機光伏電池(OPV)和其他有機電子器件應(yīng)用中取得了重大進展。然而，大多數(shù)高性能聚合物半導(dǎo)體需要高毒性的鹵代溶劑進行加工，如氯苯(CB)、氯仿(CF)和鄰二氯苯(o-DCB)，這會威脅人體健康和造成嚴重的環(huán)境問題，極大限制了有機電子器件的可持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化進程。這是因為缺少理想的結(jié)構(gòu)單元，從而導(dǎo)致聚合物的綠色溶劑加工性和電學(xué)性能成為互斥的性質(zhì)和呈現(xiàn)此消彼長的矛盾。因此，如何設(shè)計高效的結(jié)構(gòu)單元從而構(gòu)筑兼具綠色溶劑加工性能和高效載流子傳輸性能的聚合物半導(dǎo)體材料亟待解決。

鑒于此， 貴州大學(xué)劉迅成特聘教授團隊 及合作者在前期工作的基礎(chǔ)上( Mater. Horiz., 2024, 11, 283; Acc. Chem. Res. 2023, 56, 1669; Adv. Funct. Mater. 2022, 2201903; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23497; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801874; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8355)提出了全新的“三合一”結(jié)構(gòu)單元設(shè)計策略， 通過將電子給體單元(Donor)、醌式單元(Quinoid)和受體單元(Acceptor)集成得到新型一體化D-Q-A復(fù)合結(jié)構(gòu)單元(TQBT)，兼具大偶極矩、非對稱結(jié)構(gòu)、高共平面和醌式特性。與不同的共聚單元共聚，可以得到一系列分子極性、溶解性和光電性質(zhì)可調(diào)控的共軛聚合物。在強極性、非對稱結(jié)構(gòu)和主鏈高度共平面的協(xié)同作用下，以噻吩(T)為共聚單元的PTQBT-T聚合物在真正的綠色溶劑苯甲醚中具有較好的溶解性，同時在固態(tài)薄膜中形成局部聚集體保證了高效的載流子傳輸?；诒郊酌鸭庸さ挠袡C場效應(yīng)晶體管器件展現(xiàn)出優(yōu)異的空穴遷移率2.30 cm2?V?1?s?1，這是基于綠色溶劑和采用常規(guī)旋涂加工方法的聚合物半導(dǎo)體材料的最高值。且器件表現(xiàn)出良好的工作穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性。“三合一”設(shè)計策略同時實現(xiàn)了優(yōu)良的綠色溶劑加工性和高效載流子傳輸性能，為開發(fā)高性能可綠色溶劑加工的聚合物半導(dǎo)體材料提供了新思路，對加速有機電子的綠色大規(guī)模綠色生產(chǎn)和未來商業(yè)化有著重要意義。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、貴州省科技廳科學(xué)技術(shù)基金和貴州省教育廳科學(xué)技術(shù)基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202401345

一審：李龍

二審：趙飛

三審：劉劍