基于咔唑、芴和吲哚咔唑单元的共轭聚合物的开发 采用无金属吲哚苯聚合策略，用于有机场效应晶体管（OFET）的应用

《European Polymer Journal》：Development of conjugated polymers based on carbazole, fluorene and indolocarbazole units via metal free indophenine polymerization strategy for OFET application

利用金属-free的indophenine反应合成共轭聚合物并评估其在OFET器件中的性能，得到聚合物IC、IF和IICZ，其中IF的迁移率最高（0.26×10?3 cm2/V·s），低光学带隙经电化学和光学证实，表面粗糙度分析显示IF薄膜 smoother，与性能正相关。

　　这项研究围绕一种名为吲哚酚的反应，探索其在合成共轭聚合物中的应用，并评估这些材料在有机场效应晶体管（OFET）中的性能。吲哚酚反应因其操作简便和环境友好性，近年来在小分子合成领域受到广泛关注。本研究则进一步将其拓展至共轭聚合物的合成，并结合特定的结构设计，以提升其在有机电子器件中的应用潜力。

研究团队设计并合成了三种基于异吲哚酮（isatin）的前驱体单体，分别含有咔唑、芴和吲哚咔唑单元。这些单体通过红外光谱（IR）、氢核磁共振（¹H NMR）和碳核磁共振（¹³C NMR）以及高分辨质谱（HRMS）等手段进行了全面表征。随后，这些单体在与二烷氧基噻吩反应后，成功合成了三种吲哚酚基共轭聚合物，分别命名为IC、IF和IICZ。这些聚合物通过¹H NMR、凝胶渗透色谱（GPC）和热重分析（TGA）等方法进行了深入表征，以确认其结构和性能。

在有机电子器件中，共轭聚合物的性能通常与其能带结构、电荷传输能力和材料的表面特性密切相关。研究团队通过电化学和光学方法确认了这些聚合物具有较低的光学带隙，这表明它们在光吸收和载流子传输方面具有显著优势。此外，通过根均方粗糙度（RMS roughness）分析，研究团队发现IF聚合物薄膜的表面更为光滑，这一特性与OFET的性能之间存在明显的相关性。表面粗糙度的降低有助于减少电荷传输过程中的散射效应，从而提高器件的导电性能。

在性能测试方面，研究团队使用了顶部接触底部栅极（top-contact bottom-gate）的结构，制备了OFET器件，并测量了这些聚合物的场效应迁移率。结果显示，IC、IF和IICZ的迁移率分别为0.099×10^–3、0.26×10^–3和0.15×10^–3 cm² V^?1 s^?1。其中，IF表现出最佳的迁移率，这与其较低的光学带隙和更光滑的表面特性密切相关。这些结果表明，通过吲哚酚反应合成的共轭聚合物在有机电子器件中具有良好的应用前景。

共轭聚合物因其独特的电子结构和光学性质，在有机电子器件中扮演着重要角色。传统的共轭聚合物合成方法通常依赖于金属催化的交叉偶联反应，这类方法虽然在一定程度上能够实现结构的精确控制，但其过程复杂且可能涉及有毒或对水分敏感的试剂，对环境和操作安全提出了较高的要求。此外，金属残留可能会对最终器件的性能产生不利影响。因此，近年来研究者开始探索无需金属催化的方法，如醛醇反应和点击化学反应，以简化合成过程并提高安全性。然而，这些方法在结构多样性方面仍存在一定的局限性。

吲哚酚反应作为一种无需金属催化的方法，展现出在合成共轭聚合物方面的独特优势。该反应通过将特定的供体和受体单元引入聚合物主链，实现对能带结构的调控。这种策略能够有效降低聚合物的带隙，同时避免对HOMO（最高占据分子轨道）能量水平的显著提升，从而减少氧化倾向，提高材料的稳定性。研究团队发现，通过在吲哚酚结构中引入不同的供体和受体单元，可以进一步优化聚合物的电荷传输性能，使其更适合应用于有机电子器件。

此外，研究团队还对这些聚合物进行了更深入的分析。通过原子力显微镜（AFM）和粉末X射线衍射（PXRD）等技术，研究者评估了聚合物的表面形貌和晶体结构。这些分析结果表明，IF聚合物具有更规则的分子排列和更光滑的表面，这可能与其较高的迁移率和较低的带隙有关。同时，研究团队还进行了密度泛函理论（DFT）计算，以进一步揭示这些聚合物的电子结构和分子间相互作用。这些理论计算为理解聚合物的物理和化学行为提供了重要的支持。

为了验证这些聚合物的实际应用潜力，研究团队还通过单载流子迁移（SCLC）实验测量了其空穴迁移率。结果显示，这些聚合物在空穴传输方面表现出良好的性能，这与它们的分子结构和电子特性密切相关。通过这些实验，研究者不仅验证了聚合物的电荷传输能力，还进一步探讨了其在有机电子器件中的适用性。

在合成过程中，研究团队采用了多种分析手段，包括红外光谱、核磁共振和高分辨质谱，以确保合成产物的结构正确性和纯度。这些分析结果为后续的性能测试提供了可靠的数据支持。同时，研究团队还对合成过程中的反应条件进行了优化，以提高产率和减少副产物的生成。通过调整反应时间、温度和溶剂种类，研究者能够获得具有理想性能的共轭聚合物。

综上所述，这项研究通过吲哚酚反应成功合成了三种具有不同结构特征的共轭聚合物，并评估了它们在有机电子器件中的性能。这些聚合物不仅表现出良好的热稳定性和可溶性，还具有较低的光学带隙和较高的电荷迁移率。这些特性使其在有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）和有机光伏器件（OPV）等应用中具有广阔前景。研究团队的成果为开发新型有机电子材料提供了重要的理论和实验基础，同时也为吲哚酚反应在共轭聚合物合成中的应用拓展了新的方向。