有机半导体材料作为有机光电器件的核心组成部分,成为有机电子学的研究热点。材料的分子结构从根本上决定了材料的性能,因此,有机半导体材料的结构创制与合成一直是有机电子领域合成化学家关注的焦点。薁(Azulene)是一种青蓝色的具有较大分子偶极矩的非苯芳香化合物。从分子结构上看,薁是由缺电子的七元环和富电子的五元环并合而成,具有非镜面对称的分子前线轨道(HOMO/LUMO)、较低的能隙和反Kasha规则的荧光性质。薁因其独特的分子结构和物理化学性质备受关注。近年来,薁在构筑有机光电功能分子材料方面取得了一些进展。然而,设计合成基于薁的新型有机共轭小分子和聚合物仍然面临着较大的困难和挑战。中国科学院上海有机化学研究所有机功能分子合成与组装化学院重点实验室的高希珂课题组在这一领域进行了研究探索,并撰写了相关综述对薁基有机光电子材料进行展望(ChemPlusChem 2017, 82, 945-956. Spotlighted by Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 10018)。
苝二酰亚胺(PDI)是一类明星的染料/颜料分子(图1),其分子结构由萘环和酰亚胺基团组成,已广泛应用于生产实践和有机半导体材料研究。高希珂课题组设计并合成了一种新型有机半导体材料结构砌块——联薁二酰亚胺(BAzDI)(图1),其分子结构由两个薁环和两个酰亚胺单元组成(Chem. Sci. 2016, 7, 6701-6705. Highlighted by Synfacts 2016, 12, 1040)。鉴于薁和萘互为同分异构体,从化学组成上看,BAzDI和PDI的分子骨架只相差两个氢原子,这使得BAzDI化合物的物理化学性质和光电功能备受期待。研究表明,BAzDI具有独特的分子结构和物理化学性质,有望成为一类重要的有机半导体材料结构砌块。
图1. 苝二酰亚胺(PDI)和联薁二酰亚胺(BAzDI)的化学结构及组成单元
将2,6-位连接的薁单元引入共轭聚合物主链,可以充分利用薁的分子偶极(D-A结构),获得强的分子间作用力,进而获得高的光电性能。因此,设计合成基于2,6-位薁单元的共轭聚合物具有重要的研究意义。近日,该课题组在BAzDI的6,6¢-位进行π扩展,首次报道了两例基于薁2,6-位连接的共轭聚合物P(TBAzDI-TPD)和P(TBAzDITFB)(图2)。并将其应用于有机场效应晶体管(OFET)和全聚合物太阳能电池(all-PSC)研究。基于P(TBAzDI-TPD)的OFET器件表现出了高达0.42 cm2 V-1 s-1的电子迁移率,这是基于n-型聚合物的底栅极OFET器件的最高性能之一。此外,由P(TBAzDI-TPD)为受体材料、PTB7-Th为给体材料构筑的all-PSC器件表现出1.82%的光电转换效率,表明该类聚合物在all-PSC器件中同样具有较大的潜力。
图2. 薁共振结构及其2,6-位连接的共轭聚合物P(TBAzDI-TPD)和P(TBAzDITFB)
聚合物薄膜的掠入射广角X-射线衍射研究表明,两个聚合物都以edge-on的形式排列在基底上,其π-π堆积距离约为3.55 ?,是高性能聚合物半导体材料中最短的π-堆积距离之一。该结果表明,基于2,6-位薁单元的共轭聚合物可以充分利用薁的分子偶极(D-A结构),获得强的π-堆积。因此,将2,6-位连接的薁单元引入共轭聚合物主链是获得高性能有机光电材料的一种有效策略。该工作不仅为基于薁的高性能有机光电材料的研究提供了思路,也贡献于薁化学的发展。相关工作已发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1322-1326上(Highlighted by Synfacts 2018, 14, 0258 and AdvancedScienceNews),博士生辛涵申为上述论文的第一作者。
上述研究工作得到了国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项(B类)、上海有机所“****”和上海市科委的大力资助。
论文链接:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cplu.201700039/full
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2016/sc/c6sc02504h
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711802/full
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
上海有机所在基于薁的有机光电功能分子方面取得进展_上海有机化学研究所
上海有机化学研究所 免费考研网/2018-05-05
相关话题/材料 结构 光电 化学 电子
上海有机所在铜催化的α-烯烃不对称马氏硼氢化反应研究中取得进展_上海有机化学研究所
烯烃的不对称硼氢化反应是一类重要的有机合成反应,自从1961年,Brown教授首次报道了烯烃的不对称硼氢化反应以来,该类反应取得了诸多进展,已经实现苯乙烯、活化烯烃和含诱导基团烯烃等底物的不对称硼氢化。但是,作为直接来源于石油化工的大宗化学品,简单、非活化α-烯烃的不对称马氏硼氢化反应,不管是催化或 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在四氟乙烯-β-磺内酯衍生氟烷基化试剂方面取得进展_上海有机化学研究所
便宜高效的氟烷基化试剂一直是有机氟化学的研究重点。由基础工业原料四氟乙烯(F2C=CF2)和三氧化硫(SO3)反应制得的四氟乙烯-β-磺内酯,是制造商业Nafion?离子交换膜的关键原料之一。易于规模制备和价格低廉的优势,使得由四氟乙烯-β-磺内酯衍生物,其发展得来的各种氟烷基化试剂有很强的实用性, ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在双环霉素生物合成研究中取得进展_上海有机化学研究所
近期,中科院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的唐功利课题组首次阐明了双环霉素(Bicyclomycin,1)的完整生物合成途径,并实现了双环霉素的体外酶催化合成(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,719-723)。 双环霉素是氧杂桥环二酮哌嗪类抗生素,具有显著的抗革兰 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在新型氟磺酰基转移试剂方面取得进展_上海有机化学研究所
如何在有机化合物分子中高效广谱的引入SVI-F官能团是六价硫氟交换(SuFEx)化学面临的关键问题。在一系列可被利用的六价硫氟类官能团中,又以氟磺酰基官能团(-SO2F)的应用最为广泛。K.BarrySharpless教授和董佳家博士在2014年(Angew.Chem.Int.Ed.2014,943 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在二氟卡宾化学方面研究取得进展_上海有机化学研究所
二氟卡宾是一种活泼的反应中间体,可以实现多种化学反应,如X-H键(X=O,N,S等)的插入反应、重键的[2+1]环加成等。寻找高效二氟卡宾试剂、发现新颖二氟卡宾反应是有机氟化学的一个重要研究方向。 S.A.Fuqua和D.J.Burton等在上世纪六十年代就实现了醛、酮的Wittig二氟烯基化(C ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在含氟高频低介电材料的研究方面取得进展_上海有机化学研究所
随着4G通信技术的普及以及5G通信技术的不断发展,更高频的通信技术(6G,7G…10G)将是未来的发展趋势,相应高频低介电材料的需求也日益增长。高频低介电材料需要满足在高频条件下保持低的介电常数及介电损耗,除此之外,材料本身还应满足低吸水率、高耐热性、力学性能以及加工性优异等应用条件。含氟聚合物在高 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在虎皮楠生物碱的全合成中取得进展_上海有机化学研究所
虎皮楠生物碱(Daphniphyllumalkaloids)具有抗肿瘤、抗病毒和调控神经生长因子等多种生物活性,在过去三十年中受到了合成化学家的密切关注。该家族超过300个成员中仅有9个分别被Heathcock、Carreira、Smith、Fukuyama和李昂课题组成功合成。Daphniynni ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在高活性天然产物生物合成中发现新的自抗性机制_上海有机化学研究所
GyrI-like蛋白广泛存在于原核与真核生物中,被注释为小分子结合蛋白。近期,上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室唐功利研究员课题组与周佳海研究员课题组以及瑞士洛桑联邦理工学院EPFL的袁曙光合作,以抗肿瘤抗生素谷田霉素(YTM)和CC-1065为研究对象,报道了GyrI-like家族的一 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在烯基环丁醇碳碳键选择性断裂促进的氢酰化反应中取得进展_上海有机化学研究所
碳碳键断裂反应不仅能实现分子碳骨架的重新构建,也能同时引入两个不同的官能团,从而实现从简单原料出发,一步构建传统方法难以高效合成的分子或多官能团化产物,由此赋予合成策略更多的灵活性,为合成应用提供新的参考途径。正因为如此,近年来,碳碳键断裂作为一种新颖的合成策略,引起了大家的广泛关注并取得了很大的进 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05上海有机所在揭示线性泛素链合成机制方面取得进展_上海有机化学研究所
蛋白质的泛素化修饰是一类具有多种效应的蛋白质翻译后修饰,与众多的生理过程和疾病密切相关。线性泛素化是一类新型的泛素化修饰,广泛参与炎症、抗入侵病原体的选择性自噬以及先天免疫相关的信号通路。线性泛素链组装复合物(linearubiquitinchainassemblycomplex,LUBAC)是目前 ...上海有机化学研究所 上海有机化学研究所 免费考研网 2018-05-05