2024年6月6日，貴州大學材料與冶金學院劉迅成特聘教授****團隊在高性能新型共軛聚合物半導體材料的研究中取得了突破性進展，該工作以“Designer Conjugation-Break Spacer that Boosts Charge Transport in Semiconducting Terpolymers”為題發表在高分子領域頂級期刊Macromolecules（自然指數期刊，中科院一區TOP）。貴州大學材料與冶金學院是論文的第一完成單位，2021級碩士研究生強云峰是第一作者，2021級碩士研究生謝潤澤、美國勞倫斯伯克利國家實驗室何博博士為共同第一作者，貴州大學劉迅成特聘教授和美國勞倫斯伯克利國家實驗室劉毅高級研究員為論文通訊作者，論文共同作者還包括美國南密西西比大學顧曉丹教授。

近年來，設計合成全新的結構單元已成為提高聚合物半導體載流子傳輸性能的有效途徑。常見的構筑聚合物的結構單元具有共軛的分子骨架和剛性的平面結構，因為其能夠提高主鏈共軛長度、加強分子間相互作用和促進緊密的鏈間堆積從而有利于獲得高載流子遷移率，所以非共軛單元通常被排除在設計高遷移率共軛聚合物之外。盡管非共軛柔性單元可用于構筑具有優異機械性能的聚合物半導體材料，然而非共軛剛性結構單元鮮有報道，且其在構筑高遷移率聚合物半導體方面的研究還是空白。

鑒于此，貴州大學劉迅成特聘教授團隊在前期工作的基礎上(_Adv. Sci.,_2024, 2401345;Mater. Horiz., 2024, 11, 283; Acc. Chem. Res., 2023, 56, 1669; Adv. Funct. Mater., 2022, 2201903; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23497; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801874; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8355)提出主鏈引入非共軛剛性單元提高聚合物半導體載流子遷移率的策略，設計并通過簡單的方法合成了一種新型的非共軛剛性結構單元（DKPDO），將其以不同的比例引入到基于異靛藍和聯噻吩的共軛主鏈中成功構筑了一系列無規共軛聚合物，系統地研究了DKPDO及其含量對聚合物的溶解度、聚集行為、薄膜微觀形貌、電子能級、主鏈共平面性和場效應晶體管器件性能的影響。與不含DKPDO的聚合物相比，引入不同比例的DKPDO均可提高聚合物主鏈的共平面性、拉低前線軌道能級、降低溶解性和誘導混合結晶取向，從而能普遍提高空穴遷移率和器件操作穩定性。此外，含2.5%DKPDO的無規共聚物由于具有最大的結晶相干長度和最小的結晶無序度，其空穴遷移率高達4.12 cm2?V-1?s-1，是不含DKPDO聚合物的遷移率的6倍，且是基于異靛藍中心擴展單元構筑的聚合物的最高值之一。該研究首次實現了引入非共軛單元大幅提高聚合物載流子遷移率，為獲得高性能聚合物半導體材料提供了一種簡單且高效的新方法。

? ? 該研究得到了國家自然科學基金委、貴州省科技廳科學技術基金和貴州省教育廳科學技術基金的資助。該研究感謝貴州大學化學與化工學院康超教授和物理龔秀教授的協助，以及貴州大學省部共建公共大數據國家重點實驗室提供算力支持。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00613

圖文：強云峰

一審：李龍

二審：趙飛

三審：劉劍