螺烯是一系列鄰位稠合的多環(huán)芳烴（Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）化合物，具有非平面π-共軛體系和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)。將富電子雜原子（N、O、S等）引入螺烯的π-共軛骨架中，可以對分子基態(tài)的能級結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)電荷轉(zhuǎn)移能力進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)可以增加親π共軛體系的非平面性和三維分子間/分子內(nèi)相互作用，有利于調(diào)控分子的堆積結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有效地調(diào)控材料的電荷傳輸性能。因此，雜原子稠合（摻雜）的螺烯類有機(jī)半導(dǎo)體材料在有機(jī)光電器件（例如有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)場效應(yīng)晶體管、有機(jī)太陽能電池）等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
區(qū)域選擇性形成碳-碳、碳-雜原子（N、O、S等）鍵是精準(zhǔn)構(gòu)建雜原子稠合大π共軛骨架的關(guān)鍵。該研究表明，通過單電子轉(zhuǎn)移（SET）產(chǎn)生的自由基的反應(yīng)活性高、反應(yīng)速度快，有利于多環(huán)大π共軛分子砌塊直接稠合拼接。而且，自由基互變異構(gòu)體的自相/交叉偶聯(lián)顯著增加反應(yīng)的途徑，提高了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多樣性。隨著五元（吡咯、呋喃、噻吩）、六元（吡嗪、噁嗪、酚噻嗪等）雜環(huán)稠合和π共軛體系的延展，可以構(gòu)建一系列平面和非共平面（螺烯）交織的能級、吸收光譜可調(diào)的π共軛體系骨架分子, 由于多雜原子摻雜將有助于提高載流子遷移率，分子間π-π堆積作用可調(diào)有利于電荷輸運(yùn)，這類有機(jī)半導(dǎo)體材料分子在光伏器件等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，潔凈和氧化能力可調(diào)控的電化學(xué)合成方法為設(shè)計(jì)合成新型有機(jī)半導(dǎo)體材料分子提供了新途徑。
Boning Yan,?Prof. Ming Lei,?Zefeng Tang,?Hengyi Liao,?Kang Xu
Chemistry – A European Journal?
DOI:?10.1002/chem.202400614
