综述｜酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展

　　有机半导体材料具有化学结构可裁剪、器件制备温度低和塑料衬底兼容性好等诸多优点，极大地拓展了电子器件的功能与应用。然而，n型有机半导体无论小分子还是聚合物都在多样性、迁移率和稳定性方面远远落后于p型半导体，阻碍了有机半导体器件的发展。如何更好地设计n型半导体的结构对于发展高性能有机半导体器件具有重要的科学意义。

　　酰亚胺或酰胺功能化能显著提高有机材料的电子亲和势，是构建高性能n型有机半导体的重要策略。最近，北京化工大学甄永刚团队综述了近年来萘二酰亚胺、苝二酰亚胺、吡咯并吡咯二酮、异靛蓝和其他酰亚胺或酰胺小分子和聚合物n型有机半导体材料的研究进展，从分子设计角度出发，深入讨论了分子结构与器件性能之间的关系。

图1 各种酰亚胺与酰胺类小分子和高分子

　　该综述从共轭小分子和高分子两个方面介绍酰亚胺/酰胺类n型半导体材料。在共轭小分子部分总结了分子结构与材料性能的关系规律，阐述了酰亚胺类n型半导体材料四种化学修饰策略(横向修饰、纵向修饰、斜向修饰以及杂原子取代，并重点介绍了萘二酰亚胺、苝二酰亚胺、吡咯并吡咯二酮和其他芳香族酰亚胺或酰胺中的优缺点与特色。

图2 分子设计常用的四大化学修饰：横向修饰、纵向修饰、斜向修饰以及杂原子取代示意图

　　该综述讨论了不同高性能酰亚胺/酰胺聚合物，分析总结了n型聚合物的设计策略——骨链工程，分为全受体型(A-A型)聚合物、受体给体交替型(D-A型)聚合物。进一步探讨了不同缺电子单元聚合方式、不同的化学修饰基团如何影响器件性能。

　　结合本综述对酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的分析和总结, 作者认为以下几个方面是未来该领域的重点及难点:

1. 研制其他种类酰亚胺/酰胺材料, 为有机半导体器件的高性能化和多功能化提供更多的材料来源。 

2. 研制兼具高迁移率和高稳定性的酰亚胺与酰胺类 n型有机半导体材料。 

3. 研制兼具电荷传输与其他功能的酰亚胺与酰胺类材料。 

4. 开发高导电酰亚胺与酰胺类有机半导体的关键制备技术。 

5. 探究酰胺与酰亚胺基团的位置、数目、母核结构和其他单元对材料性能影响规律. 

    这一成果近期发表在《化学学报》上，文章的通信作者是北京化工大学甄永刚教授，第一作者是北京化工大学本科生李善武与朱陈宇杰。

论文信息：

李善武, 朱陈宇杰, 罗尹豪, 张亚茹, 滕汉明, 王宗瑞, 甄永刚. 酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展 [J]. 化学学报, 2022, 80. DOI: 10.6023/A22080380.

作者简介

　

　　甄永刚，北京化工大学材料科学与工程学院教授/博导，于中国科学院化学研究所获得博士学位，之后在日本东京大学进行博士后研究，2013 年回到中科院化学所工作，2021年加入北京化工大学，主要致力于有机/高分子光电功能材料的设计合成、晶体工程、柔性电子及其智能仿生应用研究，已在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem等SCI期刊上发表文章90篇。2018 年获得国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助，目前担任Chinese Chemical Letters 编委。

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