利用強(qiáng)缺電子單元構(gòu)筑D-A型聚合物是合成n型聚合物的常用方法，例如苯并二呋喃二酮（BFDO）單元已被廣泛應(yīng)用于合成n型共軛聚合物，并且這些聚合物都表現(xiàn)出出色的電子遷移率（ μ _e ）和電導(dǎo)率（ σ ）。為了提高n型聚合物的電導(dǎo)率，通常需要通過(guò)化學(xué)摻雜來(lái)增加n型聚合物中的載流子濃度。但是化學(xué)摻雜可能會(huì)帶來(lái)材料和器件的不穩(wěn)定性、加工和性能的不確定性和以及與電極和基底之間的不兼容性等問(wèn)題。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在基于共軛體系的開(kāi)殼雙自由基材料中，開(kāi)殼和閉殼共振結(jié)構(gòu)的共存可以促進(jìn)材料的自摻雜，從而實(shí)現(xiàn)材料的高本征電導(dǎo)率。但是，開(kāi)發(fā)具有高本征電導(dǎo)率和高自旋基態(tài)的n型共軛聚合物仍面臨重要挑戰(zhàn)。由于缺乏相應(yīng)的材料設(shè)計(jì)策略，高本征電導(dǎo)率的n型共軛聚合物鮮有報(bào)道。

近日， 華南理工大學(xué) 黃飛 和 劉春晨 等人 設(shè)計(jì)合成了一個(gè)強(qiáng)缺電子醌式單元，并將其用于構(gòu)筑n型共軛聚合物，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1.04 S cm ^－1 的本征電導(dǎo)率 。相關(guān)研究論文發(fā)表在 Angewandte Chemie International Edition 期刊上，題為“An n-Type Open-Shell Conjugated Polymer with High-Spin Ground-State and High Intrinsic Electrical Conductivity（10.1002/anie.202402375）”。作者開(kāi)發(fā)了一個(gè)新型 醌式缺電子單元BFDO-Br ，并將其用于合成了兩個(gè) 受體-受體（A-A）型共軛聚合物 ，命名為DPP-BFDO-Th和DPP-BFDO。研究表明，兩個(gè)聚合物均 具有平面的聚合物骨架和較低的最低未占分子軌道（LUMO）能級(jí) （<－4.0 eV）。與DPP-BFDO-Th相比，DPP-BFDO減少了BFDO兩側(cè)的噻吩單元，其LUMO能級(jí)可以低至－4.63 eV，光學(xué)帶隙為－0.53 eV。密度泛函理論（DFT）計(jì)算、電子順磁共振（EPR）和超導(dǎo)量子干涉裝置（SQUID）等測(cè)試結(jié)果表明 DPP-BFDO具有高自旋基態(tài) 。有機(jī)薄膜晶體管（OTFTs）器件測(cè)試結(jié)果表明，DPP-BFDO-Th具有半導(dǎo)體性質(zhì)，其電子和空穴遷移率分別為0.38 和0.50 cm ²  V ^?1  s ^?1 ，而DPP-BFDO則表現(xiàn)出導(dǎo)體的特征。通過(guò)有機(jī)熱電器件測(cè)試發(fā)現(xiàn)， DPP-BFDO在未摻雜的情況下即可表現(xiàn)出1.04 S cm ^－1 的高電導(dǎo)率和12.59  μ W m ^?1  K ^?2 的功率因子（ PF ） 。N-DMBI摻雜后，電導(dǎo)率最高可以提升至65.68 S cm ^－1 。

作者還通過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）對(duì)DPP-BFDO的自摻雜機(jī)理進(jìn)行了研究。XPS結(jié)果中觀(guān)察到的帶正電的自由基陽(yáng)離子（O ⁺ ）表明DPP-BFDO是 通過(guò)分子間的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行自摻雜 ，從而提高了聚合物的自由載流子濃度。在高載流子濃度與平面準(zhǔn)線(xiàn)性的聚合物骨架共同作用下，DPP-BFDO實(shí)現(xiàn)了高的本征電導(dǎo)率。

總結(jié)： 該研究通過(guò) 醌式BFDO單元 合成了 具有高本征電導(dǎo)率的n型聚合物 ，并討論了聚合物 自摻雜 的潛在機(jī)制，證明了 缺電子醌式單元在構(gòu)建具有高自旋基態(tài)和高本征導(dǎo)電率的n型導(dǎo)電聚合物方面的巨大潛力 ，為高性能n型導(dǎo)電聚合物的合成提出了新的設(shè)計(jì)思路。