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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缅甸65岁大象长寿庆生,这一壮丽景象值得一看!

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缅甸仰光动物园举办的活动中,雌性大象"莫莫"为其庆祝71岁的生日,期间还享用由水果和蔬菜制成的“生日蛋糕”。 "莫莫"是雌性大象,生日当天在其最喜欢的环境中举行庆祝活动。同时,工作人员还为它准备了特殊的礼物,包括水果、蔬菜和蛋糕。这些元素都展示了动物对生命的尊重和庆祝之情。 据新华社报道,本次活动为莫莫的生日增添了特别的意义,同时也传递出关爱动物和保护环境的理念。

生活常识 11.10
瓦里关曲线见证中国:全球气候治理的宝贵资源

瓦里关曲线见证中国:全球气候治理的宝贵资源

地污染影响,能够提供最纯净、最准确的空气成分数据。这对于研究全球气候变化,尤其是海平面上升、极端天气现象等问题至关重要。同时,瓦里关站的数据也为支持联合国气候变化框架公约提供了重要依据。30年间,三代瓦里关人克服重重困难,成功建立了全球首个大气本底站,对科学界产生了深远影响。现在,全球变暖问题仍然存在许多未知因素,但通过瓦里关站的研究,我们可以更深入地了解并预测未来气候趋势。

生活常识 11.10
观看大象淋浴的惊人细节:通过水管清洁技术展示生命的韧性和智慧

观看大象淋浴的惊人细节:通过水管清洁技术展示生命的韧性和智慧

基础,使得科学家能够理解动物的复杂社交行为。这段文本介绍了德国柏林洪堡大学的研究人员发现了大象使用软管作为淋浴头的非凡技能,并发现另一头大象知道如何“恶作剧”地阻断水流。这一发现挑战了我们关于动物行为的传统观念,使我们更加深入地了解大象的生活习性和社交结构。这项研究揭示了大象具有高度的工具使用能力和巧妙的策略思维,为未来的科学研究提供了宝贵的资料。

生活常识 11.10
地心探索者:揭示地球深处的秘密——科学探险家揭开人类进化之谜

地心探索者:揭示地球深处的秘密——科学探险家揭开人类进化之谜

英国洞穴探险家菲尔·肖特分享了他的经历,在最深的洞穴中冒险,体验到“活”的洞穴如何通过吸入外部大气进行呼吸。他的经历引人深思,展示了人类对未知的好奇心和探索精神的重要性。

生活常识 11.10
童趣描绘:微旅行,城市与孩子共绘美丽风景

童趣描绘:微旅行,城市与孩子共绘美丽风景

"初心建城市,童心绘出彩"童趣绘画微旅行活动在杨浦区举办,吸引数十名孩子一同游人杨浦滨江并用心描绘两岸美景,感受别样的滨江微旅行体验。

生活常识 11.10
策略应对:解决父母间育儿分歧的高效方法

策略应对:解决父母间育儿分歧的高效方法

度达成共识。 专家建议,在面对父母育儿分歧时,首先要保持理性和开放的心态,尽量理解对方的出发点和考虑角度,而不要仅仅坚持自己的看法。其次,可以在双方的观点冲突中寻找积极的因素,鼓励孩子参与到决策的过程中来,这样既能锻炼孩子的批判思维能力,也能增强他们解决问题的能力。最后,父母应尽可能多地了解和尊重孩子的想法,避免过于主观和固执的育儿观对孩子的影响。

生活常识 11.10
疾控专家:已传染3个班的小学紧急停课,病因待解

疾控专家:已传染3个班的小学紧急停课,病因待解

诺如病毒感染进入高发期,多地频发婴儿、老人腹泻需及时就医。

生活常识 11.10
冬季养藏:适应天时,增强正气,提升网络素养

冬季养藏:适应天时,增强正气,提升网络素养

平静,隐藏一些私欲,如果有得到,这就是内心的安静。从这个角度来说,我们在冬季应当保持心境平和,避免过度激动或抑郁,这样可以帮助身体更好地适应冬季环境和提高免疫力。同时,也可以适当地进行一些调节心情的活动,比如阅读、冥想等。

生活常识 11.10
国家医保局详解检验费用降价原因与要求,呼吁保护医护人员的劳动成果!

国家医保局详解检验费用降价原因与要求,呼吁保护医护人员的劳动成果!

国家医保局回应检验价格调整问题,明确4个首批试点项目及其背后成本考量。部分地区已有上调趋势,部分省市率先实行。专家建议,相关部门需继续制定政策平衡各方利益,减轻民众就医负担。

生活常识 11.10