中科院化学所朱晓张团队：噻吩并噻吩型小分子光电功能材料方面取得系列进展

【成果简介】

中国科学院化学研究所有机固体重点实验室研究员朱晓张受邀为美国化学会期刊Accounts of Chemical Research撰写了题为“Thieno[3,4-b]thiophene-Based Novel Small-Molecule Optoelectronic Materials”的综述文章，系统介绍了近年来他们在中科院战略性B类先导科技专项支持下，在噻吩并[3,4-b]噻吩型小分子光电功能材料方面所取得的最新研究成果。

【图文导读】

图1 噻吩并[3,4-b]噻吩（TbT）部分的共振结构和化学修饰的位置

R1通常是侧链，R2通常是H或F原子，R3和R4通常是π-延伸连接的基团的位置

图2 喹啉二噻吩（QBT）和QBTT的分子结构

QBTT荧光团在接近NIR区域时表现出非常强烈的排放值，Φ值范围为8.6％（QBTT-C6）至53.1％（QBTT-FL），Φ和分子内电荷转移（ICT）具有非常有趣和不寻常的正相关

图3 TbT-Fluors的DMSO溶液的分子结构和荧光量子产率

TbT荧光体显示全色可调排放，高Φ范围从61％（TbT-PhCF3）到99％（TbT-PhOMe），特别是在高极性溶剂如二甲基亚砜和醇中

【研究内容】

科研人员通过建立区域规整噻吩并[3,4-b]噻吩寡聚体模型，揭示了噻吩[3,4-b]并噻吩醌式化效应的本源，基于噻吩[3,4-b]并噻吩选择性官能化发展了一系列功能pi-分子材料，在场效应晶体管和太阳能电池等方面展现出良好的应用前景。针对醌式化合物弱荧光本性发展了具有强荧光性质的近红外醌式荧光材料。发展了具有两维pi-拓展结构的醌式三噻吩2DQTT，经过对该分子体系的区域化学及烷基链细致优化实现了优异的场效应性能，其迁移率和开关比分别达到5.2cm²V^-1s^-1和10⁶。基于给受体和醌式化两种经典策略，提出通过“增强D-A体系醌式共振”设计构建有机光伏材料的新思路 ，通过引入醌式化噻吩[3,4-b]并噻吩单元发展了新型小分子电子给体材料(STB-n系列)，其光电转化效率高达9.26% ，在此基础上通过在噻吩[3,4-b]并噻吩和绕丹宁上引入拉电子基团设计了一类非富勒烯受体新材料(ATT-n系列)，通过与广泛应用的给体材料PTB7-Th匹配，其光电转化效率高达10.07%，进一步提出“发展电子性质高度可调的非富勒烯受体，遴选电子给体，实现活性层对可见光的高透过率和近红外光的高吸收率”策略以期实现高性能半透明光伏器件，设计合成了小带隙（或更窄带隙）受体材料ATT-2，其与窄带隙PTB7-Th在近红外区的形成互补性吸收，实现了单结半透明器件7.84%的光电转换效率。

原文链接：http://www.cas.cn/syky/201705/t20170508_4599657.shtml.

文献链接：Thieno[3,4-b]thiophene-Based Novel Small-Molecule Optoelectronic Materials.

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