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科技工作者之家 2020-07-10
来源:CBG资讯
导语
裴坚教授简介
裴坚,北京大学化学与分子工程教授,目前研究方向为有机共轭高分子材料的合成、表征及器件化研究。目前已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nat. Commun.等国际知名期刊上发表200余篇论文。课题组近期研究重点关注新型共轭高分子的设计与合成;共轭高分子的多尺度聚集;高性能高分子光电器件的开发。
前沿科研成果
共轭高分子的溶液聚集促发有序固相微结构
北京大学化学与分子工程学院的裴坚课题组提出了通过控制溶液温度来调控共轭高分子的溶液聚集和结晶过程,进而促进高分子在薄膜中形成有序微结构,提升电荷传输性能 (图1a)。该工作采用了课题组发展的经典n-型半导体高分子F4BDOPV-2T以及溶剂1-氯萘。他们发现:不同温度下结晶的薄膜在FET中表现出的温度依赖的电子迁移率。在150 ℃下结晶得到的薄膜具有最高的电子迁移率,可达3.7 cm2 V−1 s−1,比常温结晶的薄膜高2个数量级 (图1b)。掠入射广角X射线散射 (GIWAXS) 表征了薄膜中高分子结晶的堆积距离、相关长度和次晶度。GIWAXS结果表明在150 ℃下结晶的薄膜具有更加有序的堆积结构,而较低温度下形成的薄膜则相对更加无序。不同温度下形成的薄膜微结构决定了其电荷传输性能的差异。
图1. a) 高分子F4BDOPV-2T和溶剂1-氯萘的化学结构;b) 电子迁移率与结晶温度的关系。
(来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
为了深入理解共轭高分子在不同温度下结晶过程。他们进一步研究了不同温度下,共轭高分子在溶液中的聚集结构。原位的溶液变温吸收光谱显示:随着溶液温度升高,高分子链间相关的吸收峰下降,最大吸收峰蓝移,说明升温过程中高分子的聚集结构和高分子的链构象发生了变化。结合分子动力学模拟、变温小角中子散射等理论模拟与实验,研究人员证明了溶液中高分子主链内的二面角在高温下易发生旋转 (图2)。并且,较温度下分子具有更加剧烈的分子热运动,使得高分子的聚集体尺寸减小。
图2. 分子模拟:溶液中共轭高分子构象。
(来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
较低温度下,高分子在溶液中形成尺寸较大的聚集结构,其中高分子链的聚集较无序。无序的聚集结构则继承到薄膜中,形成无序的堆积结构。较高温度下,分子热运动一定程度上破坏了溶液中原本的较为无序的聚集结构。打破这些无序聚集结构可以帮助高分子链在结晶过程中形成更加有序的固相微结构 (图3)。
图3. (a) 电子迁移率与薄膜结晶温度的关系; (b)温度对溶液中高分子聚集结构的尺寸、分子热运动以及薄膜中分子堆积结构的影响。
(来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
此工作提出了一种调控共轭高分子溶液聚集和固相微结构的有效方法。为共轭高分子研究的相关工作者提供了清晰的“溶液聚集结构−薄膜微观结构−电荷传输性能”的研究思路,指导开发高性能的共轭高分子材料与器件。
以上研究成果近日发表于Angewandte Chemie International Edition(DOI: 10.1002/anie.20207589),论文的第一作者是北京大学化学与分子工程学院博士研究生姚泽凡,北京大学裴坚教授与中国工程物理研究院邹林博士为共同通讯作者。
来源:BeanGoNews CBG资讯
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4ODQ0NjUwMg==&mid=2247504686&idx=2&sn=a705bc634ab531e6c6d33f85f4001a66&chksm=ec3cd267db4b5b71487de9a519a0c403d30034a76f1a1f0cca048437d69689c883ddb76d4465#rd
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