有機分子半導體材料在有機發(fā)光二極管(OLED)，有機場效應晶體管(OFET)和有機光伏(OPV)等先進柔性光電子器件中有著重要的應用。盡管研究人員開發(fā)了具有高遷移率和高發(fā)光量子效率的分子半導體并用作OFET和OLEDs，但同時具有高電荷遷移率和高發(fā)光效率的半導體材料的發(fā)展仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
苝二酰亞胺(PDIs)和萘二酰亞胺等亞芳基二酰亞胺由于其原料易得，化學合成簡單且易修飾，高電子遷移率和優(yōu)異的化學/光穩(wěn)定性等優(yōu)點，被廣泛用于構建OFETs和OPVs等半導體器件。然而，在大多數(shù)情況下，它們的大π-骨架和強π-π分子間相互作用會減弱其固態(tài)發(fā)射。近日，有學者將不同數(shù)目的PDI單元連接到三苯基乙烯（TriPE）骨架來解決分子間相互作用對熒光的猝滅問題，從而實現(xiàn)了同時具有高遷移率和強熒光發(fā)射的半導體材料。
近日，來自香港科技大學的唐本忠院士和趙征博士以及上海有機化學研究所的高希珂教授 等人在Adv. Funct. Mater.上發(fā)布了一篇關于有機分子半導體材料的文章，題為“Rational Design of Perylenediimide-Substituted Triphenylethylene to Electron Transporting Aggregation-Induced Emission Luminogens (AIEgens) with High Mobility and Near-Infrared Emission”。
這篇文章介紹了具有不同數(shù)量苝二酰亞胺(PDI)單元的三苯基乙烯的合成過程，并對其光學和電荷輸運性能進行了系統(tǒng)的研究。所有的分子均表現(xiàn)出強固態(tài)近紅外(NIR)發(fā)射，其中一些顯示出聚集增強的發(fā)光特性。TriPE-3PDI表現(xiàn)出最好的性能，30％的最大熒光量子產率和超過0.01cm2 V-1s-1的電子遷移率，這是迄今為止所有報道的具有近紅外發(fā)射聚集誘導發(fā)光體中的最高值。
圖1 TriPE-nPDI光學性能表征
(a,c) 紫外光譜；(b,d) 光致發(fā)光光譜。
圖2 TriPE-nPDIs聚集誘導發(fā)光特性表征
(a) TriPE-1PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光譜；
(b) TriPE-2PD在不同正己烷/己烷混合物中的PL光譜；
(c) TriPE-3PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光譜。
(d-f) 在365nm紫外線照射下所對應的熒光照片。
圖3 基態(tài)(S0)和激發(fā)態(tài)(S1)的電子結構
(a) TriPE-1PDI和TriPE-2PDI的激發(fā)態(tài)電子密度分布和能級；
(b) 重整能示意圖；
(c) 在S1處的TriPE-1PDI和TriPE-2PDI以及在S0處的TriPE-3PDI的幾何構型。
圖4 TriPE-nPDI的電子傳輸性質
(a-b) 基于TriPE-3PDI的OFET器件的輸出和轉移曲線；
(c-d) 140℃下退火的TriPE-3PDIL的輸出和轉移曲線。
圖5 TriPE-nPDI原始薄膜的AFM圖像和XRD衍射圖
(a-h) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的AFM圖像；
(i-l) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的XRD圖譜。
本文介紹了一系列PDI取代的TriPE，并研究了PDI取代對其熒光和電荷傳輸性質的影響。結果表明，具有更多PDI基元和中等扭曲構象的發(fā)光體促進了強發(fā)射和電荷轉移。 所有合成的分子均具有NIR發(fā)射和n溝道電荷輸運性質，優(yōu)化后的電子遷移率超過0.01cm2V-1s-1，最大量子產率為30％。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201705609/full
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