基于双噻吩/噻唑并噻吩酰亚胺-二酮吡咯并吡咯(DPP)单元的n型半导体聚合物在有机场效应晶体管中的应用研究

本文创新性地设计合成了两种酰亚胺-酰胺双功能化电子缺单元BTI-DPP和TzTI-DPP，通过引入双噻吩酰亚胺(BTI)和噻唑并噻吩酰亚胺(TzTI)取代传统DPP的噻吩环，显著降低了前线分子轨道能级(FMOs)，并形成分子内S···O非共价相互作用锁定的高度平面骨架结构。基于此开发的四种给体-受体聚合物表现出低LUMO能级(-3.70至-3.85 eV)和单极性n型电荷传输特性，其中PTzTI-DPP-FT在溶液加工有机薄膜晶体管(OFETs)中实现2.59×10-3 cm2 V-1 s-1的电子迁移率，为高性能n型聚合物半导体设计提供了新思路。

　　

亮点

我们开发了两种新型酰亚胺-酰胺双功能化的DPP衍生物（BTI-DPP和TzTI-DPP），这些材料展现出超低LUMO能级（-3.68至-3.77 eV）、高度平面化的骨架结构以及优异的溶液加工性能。

材料合成与表征

合成路线如方案1所示：以4-溴噻吩-2-甲腈为起始原料，通过微波辅助碱性条件下的N-烷基化反应获得烷基化DPP衍生物3，随后经钯催化羰基化反应（使用2,4,6-三氯苯基甲酸酯）以60%收率得到化合物4，再通过低温锂化反应实现溴化。

结论

通过Stille偶联反应，我们利用溴化构建单元BTI-DPPBr和TzTI-DPPBr与二锡化噻吩、3,4-二氟噻吩成功合成了四种给体-受体型聚合物半导体（PBTI-DPP-T、PBTI-DPP-FT、PTzTI-DPP-T和PTzTI-DPP-FT）。这些材料展现出锁定的分子内S···O/S···F非共价相互作用，为设计高性能n型聚合物半导体提供了重要参考。