共轭高分子晶体的拓扑聚合制备及其光电性能

The unique integrated mechanical and metal/semiconducting properties of conjugated polymers (CPs) make them demonstrate promising potential applications in various fields of communication, energy and photonics. With the improving requirements for accurate modulation in CPs' structures and functionalities, the investigation of CP crystals that are seen as the best candidates for fundamental property investigations and construction of high-performance devices is of great importance, but it is challenging. Based on the previous studies, this project will focus on the preparation of high quality CP crystals via topochemical polymerization. We will first design and synthesize a series of novel optoelectronic conjugated molecules that can undergo subsequent topochemical polymerization, then develop efficient techniques to control the topochemical polymerization for achieving high quality polymer crystals, and finally advance their applications in fundamental property investigation and high performance device construction. Meanwhile, we will also focus on the discovery of new phenomenone and new effect, and then cpropmote them to the novel device construction. Through this project, we hope to provide some valuable guidelines for rational design of new high performance conjugated polymer materials, reignite the research interest in topichemically polymerized polymer crystals as well as promote the development of conjugated polymer crystal field.

共轭高分子兼具机械和金属/半导体性质的独特性能组合使其在信息、能源、光学等领域显示了重要应用前景。随着对共轭高分子结构与功能精准调控要求的不断提高，作为探究材料本征性能和构筑高性能器件的最佳载体，共轭高分子晶体的研究具有重要意义，但同时也面临重大挑战。基于前期工作基础，本项目瞄准拓扑化学聚合策略，从可拓扑聚合新型光电功能共轭分子的设计合成出发，发展高效拓扑聚合新技术，克服传统研究中晶体质量差的问题，实现高质量一维/二维共轭高分子晶体的拓扑化学聚合制备及功能调控，推动其在材料基础物性、结构与性能构效关系研究及高性能器件构筑中的应用。同时，探究器件中可能出现的一些新效应、新现象，阐明其特异性的本质。通过本项目实施，希望为具有特征功能共轭高分子材料的理性设计提供指导，再次激发科研工作者对于拓扑聚合制备高分子晶体的研究兴趣，促进共轭高分子晶体领域的发展。

本项目从突破当前有机高分子半导体材料性能极限的角度出发，提出开展具有长程有序分子堆积结构的共轭高分子晶体方面的研究。针对传统高分子结晶过程中的挑战性问题，提出利用拓扑化学聚合策略实现高质量共轭高分子晶体制备的思想。通过项目的实施，我们取得了系列重要的成果，（1）发展了新型丁二炔前驱体分子材料体系，通过优化拓扑聚合条件和工艺，实现了系列高质量聚乙炔共轭高分子晶体的制备，并成功获得了两例聚乙炔单晶；（2）在项目支持下，我们在对丁二炔拓扑聚合体系研究的基础上，同时将我们的研究拓展到了具有动态反应特性的界面化学合成制备二维共轭高分子材料体系的研究中，获得了新型二维共轭高分子半导体材料，推动了领域的新发展。基于以上成果，项目执行期间发表论文8篇，授权中国发明专利 3 项。项目负责人参加国内外该领域与本项目研究的学术会议 10余次，包括the 16th Pacific Polymer Conference (PPC16)，2019年全国高分子学术论文报告会，2019泰山学术论坛先进高分子材料专题等，并做邀请报告。作为客座编辑，为InfoMat（Wiley 出版社）和Macromolecules Rapid Communications（RSC 出版社）出版了“Organic Electronics”和“Organic/polymeric materials and devices”期刊专辑；获第十七届中国青年科技奖、第十八届中国青年女科学家团队奖（团队负责人，1/15）、天津市自然科学一等奖（第二完成人，2/12）等奖励。