控制有機(jī)共軛體系的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)于有機(jī)晶體管和有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能有著決定性的影響，但他們的精確組裝仍然是一個(gè)未解決的挑戰(zhàn)。鹵鍵、氫鍵等在近年來(lái)作為超分子方法在共軛領(lǐng)域收到了很大的關(guān)注，然而它們普遍缺乏方向性，也同時(shí)忽略了可能的對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響。
近日，加拿大麥吉爾大學(xué)Dmitrii Perepichka教授研究組的00后博士生劉承昊作為第一作者報(bào)道了一種既可以精確控制共軛系統(tǒng)的超分子結(jié)構(gòu)、又可以顯著而可控地改變供體-受體的電子結(jié)構(gòu)的方法。該工作以標(biāo)題” Extraordinary Enhancement of π‐Electron Donor/Acceptor Ability by DD/AA Complementary Hydrogen Bonding” 發(fā)表在在頂級(jí)化學(xué)期刊Angewandte?Chemie上。
利用DD/AA雙點(diǎn)的互補(bǔ)氫鍵，作者導(dǎo)向性地組裝了一系列吲哚并咔唑和鄰苯醌的共軛共晶。氫鍵的極化作用成功誘導(dǎo)了這些弱供體-受體成為強(qiáng)供體-受體，使得帶隙能級(jí)最高降低了1.5 eV（實(shí)驗(yàn)帶隙能級(jí)為1.59-0.65 eV）。
這種可控的電子結(jié)構(gòu)改變直接反映在所制備的半導(dǎo)體性能上——電荷遷移速度得到數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)的提升，并可分別調(diào)控成為p型、雙極型、本征半導(dǎo)體。
作者還進(jìn)行了一系列電化學(xué)，振動(dòng)光譜和電子光譜，電子自旋共振（ESR），光晶體管研究，闡明了這一新型電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合體的結(jié)構(gòu)特性關(guān)系。這一工作有望在（本征）半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能電池的形態(tài)與電子結(jié)構(gòu)調(diào)控上發(fā)揮重要作用。
本文由第一作者劉承昊在本科（2016級(jí)本科）所設(shè)計(jì)的畢業(yè)課題，其開展了除晶體管外的設(shè)計(jì)、合成、組裝、表征工作。
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https://onlinelibrary_wiley.gg363.site/doi/abs/10.1002/ange.201910288
