Development of D-A ladder type conjugated polymer for high charge carrier mobility

开发具有高载流子迁移率的D-A梯型共轭聚合物

基本信息

批准号：
18K14295
负责人：
黒澤忠法
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、π共役半導体高分子骨格に主鎖中の分子回転軸を排したラダー構造を付与することで、π共役高分子が持つ半導体能を大幅に向上させることを目的とする。昨年度は、アルコキシ側鎖をポリチオフェン骨格に導入することで高分子主鎖の平面性、剛直性、結晶性、延いてはキャリア移動度が高まり、高ドープ時の電気伝導度は300 S/cmを超える高い値であり、この電気伝導度は大気中で2ヶ月以上劣化することがないほど高い安定性を示すことを見出した。今年度は、側鎖の構造や導入位置を調整した数種のポリチオフェン誘導体を合成し、伝導特性評価・分光測定・薄膜構造解析を通じてアルコキシ側鎖が大気安定性に及ぼす影響の解明を行った。その結果、主鎖に直結した酸素原子の電子供与性が高ドープ時の主鎖の仕事関数を高め、大気中の水からの還元が抑制されることで高い大気安定性が獲得できることを見出した。また、本知見を基に高いドープ能と大気安定性を両立したドーパント分子の開発も行った。強力な酸化力を有するテトラアリルベンジジンジカチオンとフッ素含有アニオンの対からなるイオン性分子から成る分子性ドーパントは、これまでに報告されている中でも最高レベルのドープ能を示しつつ、固体状態では大気中での劣化が見られないほど高い大気安定性を示すことが分かった。構造解析の結果、ドーピングの役割を担うジカチオン種を疎水性のアニオン分子が密に囲むような集合体構造が本ドーパント分子の高い安定性を誘起することが強く示唆された。本結果は、国際誌に受理された。

本研究的目的是通过赋予π共轭半导体聚合物骨架以消除主链中分子旋转轴的梯形结构，显着提高π共轭聚合物的半导体能力。去年，通过在聚噻吩骨架中引入烷氧基侧链，聚合物主链的平面度、刚性、结晶度和载流子迁移率均得到提高，高掺杂时的电导率提高到300 S/cm。这种导电性表现出如此高的稳定性，在大气中两个月以上也不会恶化。今年，我们合成了几种调整侧链结构和引入位置的聚噻吩衍生物，并通过导电性能评估、光谱测量和薄膜结构分析阐明了烷氧基侧链对大气稳定性的影响。结果，他们发现直接连接到主链的氧原子的供电子性质在高掺杂时增加了主链的功函数，抑制了大气中水的还原并实现了高大气稳定性。基于这些知识，我们还开发了具有高掺杂能力和大气稳定性的掺杂剂分子。由一对具有强氧化能力的四烯丙基联苯胺阳离子和含氟阴离子组成的离子分子组成的分子掺杂剂表现出迄今为止报道的最高水平的掺杂能力，而在固态下它很容易被吸收到大气中。发现它表现出如此高的大气稳定性，以致在大气中没有观察到劣化。结构分析强烈表明，疏水性阴离子分子紧密围绕起掺杂作用的阳离子物质的聚集结构导致了该掺杂剂分子的高稳定性。这一结果被国际期刊接受。

项目成果

期刊论文数量（1）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

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专利数量（0）

Chrysenodithiophene-Based Conjugated Polymer: An Elongated Fused π-Electronic Backbone with a Unique Orbital Structure Toward Efficient Intermolecular Carrier Transport

二噻吩基共轭聚合物：具有独特轨道结构的细长稠合 π 电子主链，可实现有效的分子间载流子传输

DOI：
10.1021/acs.macromol.0c00984
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5.5
作者：
Kurosawa Tadanori;Okamoto Toshihiro;Cen Dinghai;Ikeda Daiji;Ishii Hiroyuki;Takeya Jun
通讯作者：
Takeya Jun

有機高分子及びその製造方法並びにその用途

有机聚合物、其生产方法和用途