【AM寧波材料所建所20周年?？坑糜谟袡C(jī)電子的二維共軛聚合物薄膜：機(jī)遇與挑戰(zhàn)
二維共軛聚合物（2DCPs）作為新一代有機(jī)半導(dǎo)體材料，具有拓展的π共軛、可調(diào)的電子性質(zhì)和有序的結(jié)構(gòu)，在有機(jī)電子領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。近年來，人們在2DCPs薄膜的設(shè)計和合成方面付出了巨大努力，已構(gòu)筑了一系列具有不同孔徑、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接鍵的結(jié)晶聚合物薄膜，并發(fā)展出了能夠精確調(diào)控薄膜厚度和尺寸的制備策略。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、后修飾和器件構(gòu)筑，2DCPs薄膜的有機(jī)電子性能得到顯著提升，并在有機(jī)晶體管、憶阻器、電致變色等應(yīng)用方向取了得巨大進(jìn)展。
近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料重點實驗室張濤研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊對2DCPs材料的化學(xué)構(gòu)筑策略、界面合成方法、前沿基礎(chǔ)應(yīng)用進(jìn)行了深入研究（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 1318；J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5203；J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13953；ACS Cent. Sci. 2024, 10, 775；ACS Catal. 2023, 13, 1089；Chem. Mater. 2023, 35, 1594；Chem. Mater. 2023, 35, 7144；Small, 2023, 19, 2207972）。近日，該團(tuán)隊受邀在Advanced Materials上發(fā)表了題為“2D Conjugated Polymer Thin Films for Organic Electronics: Opportunities and Challenges”的綜述（Adv. Mater., 2024, 2311541）。該綜述系統(tǒng)總結(jié)了2DCPs材料的界面合成策略、導(dǎo)電性質(zhì)和有機(jī)電子應(yīng)用的研究進(jìn)展（圖1）。
文中，作者首先介紹了2DCPs在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計、電子性質(zhì)調(diào)控、連接鍵化學(xué)、載流子傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢和特性（圖2）。例如，2DCPs面內(nèi)π共軛拓展和面外π-π堆疊形成的π共軛晶格有利于載流子的分離和傳輸；基于網(wǎng)狀化學(xué)和動態(tài)共價化學(xué)，可對2DCPs的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接鍵進(jìn)行預(yù)先設(shè)計，并根據(jù)應(yīng)用需求引入合適的官能團(tuán)和功能分子；高表面積和一維孔道可供大量活性位點并促進(jìn)傳質(zhì)。作者還結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)的代表性工作，系統(tǒng)總結(jié)了2DCPs薄膜的界面構(gòu)筑策略（包括氣液界面、氣固界面、固液界面、液液界面等方法），并進(jìn)一步歸納了薄膜合成中形貌變化、取向和有序性等要點，詳細(xì)梳理了2DCPs的導(dǎo)電性質(zhì)和影響因素，包括載流子的跳躍和帶狀傳輸機(jī)制，連接鍵和構(gòu)建單元對導(dǎo)電性的影響，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對電子性質(zhì)的作用，以及化學(xué)摻雜、層間聚合和構(gòu)建范德華異質(zhì)結(jié)等策略對導(dǎo)電性的調(diào)控。此外，作者對2DCPs在有機(jī)場效應(yīng)晶體管、電化學(xué)晶體管、憶阻器、光探測器、電致變色和化學(xué)傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了梳理，突顯了2DCPs在有機(jī)電子方向的應(yīng)用潛力。最后作者對研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計、電子器件架構(gòu)設(shè)計、電子結(jié)構(gòu)調(diào)控等方面對2DCPs在有機(jī)電子領(lǐng)域未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。
寧波材料所研究生付廣恩、楊浩永、趙文凱為該論文共同一作，張濤研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（優(yōu)秀青年基金）（52322316）、浙江省自然基金杰出青年基金（LR21E030001）、浙江省領(lǐng)軍型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊基金（2021R01005）、寧波市重點研發(fā)計劃基金（2022ZDYF020023）、寧波市公益項目基金（2023S080）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202311541
圖1 2DCPs薄膜的合成及有機(jī)電子領(lǐng)域應(yīng)用示意圖
圖2 2DCPs薄膜的常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、連接鍵化學(xué)、界面合成策略和有機(jī)電子應(yīng)用
（海洋關(guān)鍵材料重點實驗室 付廣恩）
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