近日，团队研究生梁晓丽在通过氢键调控基于异靛蓝的共轭聚合物有机场效应晶体管性能研究中取得进展，相关研究成果以“Tuning Charge Transport Behavior of Isoindigo-Based Polymers from Balanced Ambipolar to n-Type Preferred via Hydrogen Bond Formation”为题发表在高分子传统期刊《Macromolecular Rapid Communications》上。

图1. P(5MeOII-Pyr)和P(5OHII-Pyr)的结构与性能关系图

该研究发现，将不含噻吩基团的更缺电子的吡嗪与5,5’-二甲氧基异靛蓝(5MeOII)进行共聚，可获得A-A’型聚合物P(5MeOII-Pyr)；对P(5MeOII-Pyr)进行脱甲基处理，可得到聚合物P(5OHII-Pyr)，从而在聚合物主链中引入氢键。氢键的引入有助于构建更为平面化的分子构象以及更低的最低未占据分子轨道(LUMO)能级，从而对电荷载流子的传输特性可进行精细调控。基于未脱甲基的P(5MeOII-Pyr)器件表现出平衡的双极输运特性，μ_h为1.59×10^-4 cm²V⁻¹s⁻¹，电子迁移率(μ_e)为2.18×10^-4 cm²V⁻¹s⁻¹，I_on/I_off为10²。基于脱甲基的P(5OHII-Pyr)器件表现出电子主导的双极性输运特性，平均电子迁移率为2.19×10^-3 cm² V^-1 s^-1，这比P(5MeOII-Pyr)高出十倍以上，而空穴迁移率降低到5.16×10^-6 cm² V^-1 s^-1，可见氢键的引入可导致A-A’型聚合物从从平衡的双极型向电子主导型的转变。尽管分子量的不足和链取向的不理想导致了电荷载流子迁移率的相对降低，但通过进一步优化诸如含氢键共轭聚合物的分子量和溶解度等参数，可望进一步提升此类聚合物在有机场效应晶体管(OFETs)中的性能表现，具有后续研究价值。

该项工作得到了国家自然科学基金(NSFC 22371093, NSFC 22075105)、湖北省自然科学基金（2023AFB1030）以及江汉大学启动基金的支持；器件测试方面得到了北京大学裴坚教授课题组的大力支持；理论计算方面得到了华南师范大学兰铮岗教授课题组的协助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/marc.202500040