近红外圆偏振光检测

得益于手性识别过程，手性分子在生命体系和药物研发等领域都具有重要意义。相对来说，手性分子在电子器件等领域的应用较少。这主要是因为通常中心手性的引入对整个半导体分子的电子跃迁等影响较小，而反过来具有轴手性的螺烯分子一般又不具备好的半导体性质。因此，基于手性有机分子制备的半导体器件，必须在分子水平上进行合理的设计。

近年来，圆偏振光 (Circular Polarized Light, CPL) 因在有机发光二极管、3D显示、信息存储与处理、自旋信息通信、生物检测及探针等领域具有巨大应用前景而得到广泛关注。对CPL的灵敏检测是实现这些应用的基础，而目前CPL的检测主要是基于偏振片，因此发展基于OFET器件进行CPL检测具有重要意义。

最近，厦门大学化学化工学院张慧君、林建斌副教授与首尔大学的Oh Joon Hak教授合作，报道了基于苝酰亚胺（PDI）双螺烯活性层的OFET器件可实现近红外区CPL的有效检测（图1）。

图1. 基于PDI双螺烯活性层的OFET器件实现近红外区CPL检测

为了同时实现高效CPL响应与好的半导体性能，受王朝晖教授课题组早期工作（Chem. Eur. J., 2014, 20, 5209-5213.）启发，以及基于张慧君和林建斌副教授前期在PDI衍生化方面的系列工作（Org. Lett., 2016, 18, 5908-5911; Org. Lett., 2017, 19, 5438-5441; Org. Lett., 2018, 20 , 6117-6120. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 15273-15277. J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 3712-3717. Chem. Sci., 2020, 11, 1503-1509.），他们通过骨架整合的策略设计并基于铑催化碳-氢功能化反应高效合成手性PDI双-[7]杂螺旋烯（3a）：3a内侧的平面PDI骨架有利于载流子的高效传输，而外侧的螺烯结构则有利于对圆偏振光的高效响应，从而统一了CPL响应和半导体性能这两个表面矛盾。此外，π体系的延伸及特殊的Donor-Accepter骨架使基于该分子制备的光电器件表现出近红外吸收与双极性电荷传输的特性。以该分子为活性层制备的半导体在光照条件下具有高的光响应性，以及较高的外部量子效率（89％）。同时器件的重复性、稳定性等方面也表现优异。多种特性使该手性有机半导体分子首次实现了在近红外光谱范围的高性能CPL检测。

这一成果近期被发表在国际知名学术期刊Nature Communications 上，厦门大学博士生张丽和首尔大学的Inho Song为文章的共同第一作者。此外，还特别感谢江云宝教授对本工作的大力支持和宝贵意见以及国家自然科学基金（21772165，21772162），创新团队（21521004）的基金支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

π-Extended perylene diimide double-heterohelicenes as ambipolar organic semiconductors for broadband circularly polarized light detection

Li Zhang, Inho Song, Jaeyong Ahn, Myeonggeun Han, Mathieu Linares, Mathieu Surin, Hui-Jun Zhang, Joon Hak Oh & Jianbin Lin

Nat. Commun., 2021, 12, 142, DOI: 10.1038/s41467-020-20390-y

导师介绍

张慧君

https://www.x-mol.com/university/faculty/50138

林建斌

https://www.x-mol.com/university/faculty/64074