吸电子基取代二酮吡咯并吡咯有机半导体材料探究

This proposal aims to design and synthesis a new series of low bandgap conjugated polymers for organic electronic applications. Guided by the molecule modeling study, through molecular engineering, we began with the design and synthesis of stable CN-substituted diketopyrrolopyrroles (DPPs) and its derivatives, followed by the systematically synthesis of substituted DPPs thiophene semiconductors. Through synergistic combinations of different donor/acceptor units, we will optimize the molecule structures to match the desired requirements for the electronics applications. The optoelectronic properties of the designed molecules and polymers will be studied. Thin films and single crystals of the organic semiconductors will be characterized by AFM, SEM, XRD and UV-vis, PL and electrochemical CV. Organic electronics devices such as organic photovoltaic cells (OPV), organic thin film transistors (OTFTs) devices will also be fabricated to characterize the designed molecules. Meanwhile, the commercial application of the desired semiconductors with strong IPs will be the final target for the project.

本项目计划设计合成能级匹配的、低能级的、应用于有机太阳能电池（OPV）的n型半导体材料，同时设计合成应用于有机薄膜晶体三极管（OTFT）的电子型有机半导体材料，解决当前缺乏稳定可应用的有机光电材料的问题。通过分子功能学设计和计算模拟，计划合成的乙腈取代二酮吡咯并吡咯结构基元的有机高分子材料，这个材料具有优于以往材料的下述优点：1）含有强吸电子的氰基，大大降低了LUMO能级；2）通过结构分析发现，偶极矩较大，有利于提高光电转化效率；3）分子工程学设计的2D结构，在AA'和BB'两个方向可增加发色基团，可多方位实现官能团化。本项目将对所合成的材料进行一系列材料性能的表征，然后将其加工成有机光电器件进行光电性能测试，从而系统地研究材料的结构与其光电性能的关系，从而更好地指导更优性能材料的设计、合成和开发。

近几年来，有机光电子学的基础研究和产业化发展迅猛，在照明显示、光伏能源等领域有着广阔的应用前景，特别是在OLED领域，已经大规模应用到手机，电视等消费级领域，创造了巨大的产值。其他有机半导体器件如OTFT、OPV、OEC都有着强劲的市场需求。因此，发展新型高性能有机半导体材料具有十分重要的意义。本项目致力于合成新型，稳定可应用的有机光电材料，并应用于光电器件如OPV、OLED、OTFT等。项目实施过程中我们合成一系列基于蒽衍生物和萘酰胺衍生物的高性能有机半导体材料，第一次制备出了同时具有高迁移率和纯白光性质的OLED材料，首次合成出了三氟甲硫基修饰的高稳定性萘酰胺半导体材料，并且揭示了几种吸电子取代基团对萘酰胺母核的性能影响，深入研究了2，6位的吸电子取代基团对蒽衍生物的性能影响。我们还发现了一种能在绿色和棕色间转换的电致变色材料，具有一定的国防应用前景。本项目开发出的新型有机半导体材料均具有一定的创新性和自主知识产权，有望应用在有机半导体产业上，并在实际使用中发挥巨大作用。