冯新亮、董人豪、徐伟、黎建 Angew:新型半导体材料的制备与器件研究团队专注于氢醌-苯醌转变调控技术,冯新亮团队的研究有进展。

2024-03-19 生活常识 关注公众号
近日,德国工业大学冯新亮教授和山东大学董人豪教授在中国科学院化学研究所徐伟研究员指导下,成功地制造出双同层π— π 结构的银基共轭配合物C-CPs单晶,并研究发现可以通过改变其中的氧原子对来调控其能带结构,从而实现在不同半导体能带结构下的高载流子迁移率。此外,他们还开发了一种以水/氯苯界面合成的方法。这将有助于新型的电学性能和多功能应用的发展。

在新型电子学材料和绿色能源技术的研发领域,共轭配位聚合物(conjugated coordination polymers, c-CPs)近年来引起了广泛关注。这些由平面共轭配体和过渡金属组装形成的新型有机无机杂合材料,不仅具有优异的电学性质还具有可设计的分子孔洞、可调控的能级结构和电化学活性,在高性能、多功能先进光电器件及绿色能源器件的构建上展示了广泛的应用潜力。近年来,平面共轭配体,如六取代苯和六取代三亚苯等(取代基为巯基、氨基、羟基,硒基),已发展成为构建高电导率和高迁移率c-CPs的重要组成。然而,上述单一取代的共轭配体在构建能带结构可调的半导体c-CPs方面存在局限。如何实现配位聚合物半导体能带结构的大范围调制仍具挑战性。

近日,德累斯顿工业大学冯新亮教授、山东大学董人豪教授、中国科学院化学研究所徐伟研究员与南京大学黎建教授开展合作研究,突破了这一局限。他们基于新型“4+2”构型苯基配体构筑了两个具有相同拓扑结构、不同氧化态的银基共轭配位聚合物(c-CPs)单晶,包括Ag

4TTHQ和Ag

4TTBQ(TTHQ为四巯基对氢醌,TTBQ为四巯基对苯醌)。研究团队发现,通过对聚合物骨架中氢醌/苯醌(HQ/BQ)氧化态的调节能够显著改变能带结构,可以实现电子带隙从0.5 eV到1.5 eV的大幅变化。在不同半导体能带结构状态下,两种c-CPs均展示出了数值可达10

2 cm

2/V·s的高载流子迁移率。该工作由此发展了一种通过改变氧化态调节能带结构的化学策略。

首先,利用对反应条件的细微控制可以分别合成具有氢醌单元的Ag

4TTHQ和具有苯醌单元的Ag

4TTBQ。关于Ag

4TTBQ的合成过程如下:使用硝酸银和TTHQ作为原料在氯苯/水界面合成,利用原位生成稀硝酸带来的氧化环境进行慢速合成,可使TTHQ逐步氧化为TTBQ,最终得到Ag

4TTBQ。而利用无法生成氧化性酸的醋酸银和TTHQ在惰性气氛下、甲醇中快速反应得到的是Ag

4TTHQ。通过紫外光谱分析发现,相比Ag

4TTBQ(0.5 eV),Ag

4TTHQ(1.5 eV)具有更宽的光学带隙。

利用旋转电子衍射技术对单晶结构进行解析发现Ag

4TTHQ和Ag

4TTBQ具有相似的由Ag 原子层和有机层构建的层状杂合结构。单晶结构显示两者具有同样的拓扑连接方式和相似的无机层原子排布,但有机层中C-O键长度不同。结合拉曼光谱中碳氧双键特征峰的分析,研究者揭示了Ag

4TTHQ和Ag

4TTBQ分别具有氢醌(HQ)和苯醌(BQ)单元。

基于Ag

4TTHQ和Ag

4TTBQ的能带结构理论计算可知,氢醌/苯醌单元对费米面附近由大量C、O轨道形成的能带有调制作用,可以作为能带开关的旋钮。而对于材料电导率(0.4 S/cm

vs. 10 S/cm)和塞贝克系数(330 μV/K 

vs. 50 μV/K)的测试揭示了能带变化对两者的显著影响。

利用时间分辨太赫兹光谱研究了 Ag

4TTHQ 和 Ag

4TTBQ 中光生载流子动力学和微观电荷传输机制。光激发后,Ag

4TTHQ 和 Ag

4TTBQ 展现出截然不同的光生载流子动力学:Ag

4TTHQ 显示出与泵注量无关的光电导衰减率,光电导衰减由缺陷辅助复合机制主导;而 Ag

4TTBQ 在泵注量升高时表现出更高的光电导衰减率,光电导衰减受缺陷辅助复合机制和电子-空穴重组机制共同影响。其频率分辨复合光电导符合Drude-Smith传输模型,拟合分析可以得到Ag

4TTHQ 和 Ag

4TTBQ的直流载流子迁移率,分别为137 ± 7  cm

2/V·s和130 ± 9 cm

2/V·s。

这项研究不仅为构建高载流子迁移率且具有可调控能级结构的配位聚合物半导体提供了新的思路,而且也展现出了Ag

4TTBQ和Ag

4TTHQ在高性能光电器件和电化学储能应用方面的巨大的潜力。黄幸博士(德累斯顿工业大学)是本工作的第一。李洋博士(中国科学院化学研究所)和付帅博士(德累斯顿工业大学)为本工作的共同一作。文章发表在

Angew. Chem. Int. Ed.2024, DOI:10.1002/anie.202320091

文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202320091

来源:高分子科学前沿

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康复中的杨衿记主任揭示肺癌患者脑转移灶彻底消退的秘密

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一位50多岁的肺癌患者经历了靶向联合化疗,脑部疾病完全消失,并接受了手术治疗。关于肺癌脑转移的症状,可以发现晕眩、头痛、恶心、呕吐、情绪波动或记忆障碍等症状,可配合影像学检查确定是否存在转移病灶。此外,还可通过血癌标志物、腰椎穿刺等方式排除脑膜转移可能性。该疗法为肺癌脑转移患者的临床获益显著,如脑转移病灶被彻底消除,患者成功接受手术治疗。随着医学发展,靶向联合化疗已成为肺癌治疗的重要选择。

生活常识 11.22
探秘质子治疗:卓越疗效与罕见病例的科普解析

探秘质子治疗:卓越疗效与罕见病例的科普解析

果优于其他治疗手段)眼鼻咽部、耳鼻喉、口腔癌、乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌、子宫颈癌、肺癌、甲状腺癌和胃癌的治疗患者等。研究表明,质子治疗对眼部、头部、神经系统的肿瘤具有较高的疗效。同时,质量子治疗还可以用于乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌等多种癌症的治疗,展现出广阔的应用前景。

生活常识 11.22
南京男子误食过多花生后被紧急送往医院

南京男子误食过多花生后被紧急送往医院

李先生听说花生可以增强记忆力,有效降低心脏病、癌症、糖尿病等疾病风险,特意前往乡间采购。回家后出现了腹胀腹痛等症状,经诊断是急性胰腺炎,并且病情十分危急。秦海东主任立即协调EICU床位,为挽救李先生的生命健康开启了“绿色通道”。经过医护人员的通力协作,李先生最终成功康复。

生活常识 11.22
怀九胞胎当事人为保孕妇安,丈夫发声呼吁平安分娩

怀九胞胎当事人为保孕妇安,丈夫发声呼吁平安分娩

25岁南昌女子怀上9胞胎引关注,待第二次减胎手术。据此前报道,该女子曾因身体状况不佳受挫,此次计划减胎四个胎儿。

生活常识 11.22
中国角成功举办 COP29 青年行动 世界未来 主题边会

中国角成功举办 COP29 青年行动 世界未来 主题边会

团青年们积极响应联合国气候变化框架公约关于青年行动"世界未来"的主题,首次以"穿越南极出征"的方式,向全球传递了他们对地球未来的美好愿景与坚定决心。在这个过程中,各国部长就应对气候变化的策略、国际合作与青少年的责任等问题进行了深入交流,并共同承诺致力于推动人类走向更美好的未来。

生活常识 11.22
几十年的秘密被揭示:科学家最新发现自来水中隐藏的化学物质具有毒性

几十年的秘密被揭示:科学家最新发现自来水中隐藏的化学物质具有毒性

告被广泛应用于自来水消毒。然而,研究人员最近发现,这种已被忽视的消毒副产物氯硝酰胺阴离子对人类健康构成潜在威胁。 氯硝酰胺阴离子是一种尚未被纳入监管范围、部分水样检测含量远超规定上限的化学物质。尽管其是否会对人体造成伤害仍不得而知,但科学家已经指出,研究该物质在饮用水中的潜在影响迫在眉睫。 这项新研究揭示了氯硝酰胺阴离子早在上世纪初就已经出现,并且逐渐进入公众供水系统。这意味着,一旦这些水分进入了人们的饮用水中,他们就可能会面临潜在的危害。因此,科学家建议人们正确理解经过消毒的清洁饮用水带来的好处,并注意可能存在的危险。 以上信息源于腾讯混元大模型。

生活常识 11.22
蓝色漩涡预示着西伯利亚的更大范围即将出现,全面风暴即将到来:下半年的大暴雪将带来显著影响

蓝色漩涡预示着西伯利亚的更大范围即将出现,全面风暴即将到来:下半年的大暴雪将带来显著影响

区将会迎来一场罕见的降雪,尤其是东北地区。专家建议市民注意防范积雪覆盖、风吹雪引发的低能见度以及可能的停电和道路封闭等次生灾害。中亚地区正经历一股异常强烈的暖潮,对整个北半球大气环流产生了深远影响。预计在未来几天内,这股涡旋会迅速下沉,首先于11月24日侵袭我国的西北地区,随后以迅猛之势席卷整个北方大部分区域。这股寒潮的强度和覆盖范围都属于下半年来最大范围,值得我们高度关注做好准备。

生活常识 11.22
小天才少年打破多项科学奇迹:掌握20多种语言、创立物理学定律,却鲜为人知

小天才少年打破多项科学奇迹:掌握20多种语言、创立物理学定律,却鲜为人知

岁就会这样想:这是什么鬼玩意儿,这么有趣?我想看看。 不过,别看他现在出名了,他的才华早在18岁时就显现出来。那时他在一所大学任教,这所大学也是附近的一个知名学府。虽然他不是那种传统的教授,但他凭借出色的数学和物理能力,成为了学生们的宠儿。很快,他就获得了师生们的一致认可。 而且,他并不是唯一的天才。他的哥哥是一位语言学家,他的妹妹是一位数学家,他们的父母都是各自领域的佼佼者。他们家里培养了一群人才,因此,哈密顿才能在各个领域都有出色的表现。可以说,他的家庭背景为他提供了最好的资源和支持。 遗憾的是,哈密顿并没有把所有的精力都放在科学上,反而更多地投入到了语言的学习上。因为他的父亲的工作很忙,所以从小就由他的叔叔照顾。这位叔叔是一个很有威望的语言学家,拥有众多的语言天赋,但哈密顿并不满足于此。他通过努力学习语言,最终成为了一个知名的数学家和物理学家。 今天,我们叫他“语言天才”,他的名字虽平凡,但却充满了不凡的力量。他用自己的天赋创造了自己的世界,也照亮了别人的人生道路。

生活常识 11.22