過去二十年中，窄帶隙共軛聚合物因其在聚合物太陽電池(PSCs)、有機場效應晶體管(OFETs)、有機光電探測器(OPD)等光電子器件中的應用而引起了人們極大的關註🤣。給體-受體（D-A）策略被廣泛用於設計窄帶隙共軛聚合物💂🏼‍♂️，通過改變給體的給電子能力和(或)受體的受電子能力，可以對共軛聚合物的前沿分子軌道能級實現精細化調控。醌式結構可以減小碳-碳鍵的鍵長變化🥯，使相鄰芳香單元的碳-碳單鍵表現出更強的雙鍵特征🙋🏻‍♂️。因此，設計並合成新型的醌式受體單元在實現高性能的（特別是近紅外應用）給體-受體型窄帶隙共軛聚合物中具有重大的研究價值。然而🧚🏿‍♂️，醌式結構在一定程度上存在著穩定性問題👌🏽，大大限製了其在窄帶隙共軛聚合物中的應用🚶🏻‍♀️。因此，設計並合成可應用於共軛聚合物的穩定醌式受體極具挑戰性。

結合量子化學模擬計算和化學路線設計🕞，本論文成功將醌式噻吩[3,2-b]噻吩插入至傳統受體異靛藍單元中。合成的新型醌式受體單元不僅具有中等的雙自由基性質能夠穩定存在，而且相比於傳統的異靛藍單元受電子能力更強。理論計算和實驗表明💇🏻，醌式結構的引入促使共軛聚合物具有更加平面的分子結構和更窄的光學帶隙🤏🏼。在有機場效應晶體管器件中，含醌式噻吩[3,2-b]噻吩的窄帶隙共軛聚合物體現了優異的器件性能🫳🏿。更為重要的是，本論文提出的利用三線態和單線態的能級差作為醌式結構穩定性的判據，可以用來指導合成更多具有優異光電性能的窄帶隙共軛聚合物。

圖 1. (A) 靛藍👩🏿‍🔬、醌式單體及其聚合物的化學結構🏬；（B）紫外-可見光吸收光譜🚚；（C）有機場效應晶體管的轉移曲線；（D）聚合物薄膜的2D-GIXD圖💠。

Abstract:A new quinoidal acceptor building block (namelyIQTT) is designed with directed diradical character to control andnarrow the bandgap while good chemical stability is maintainedwith the assistance of quantum mechanics simulations. ThenIQTT-based monomer and donor-acceptor (D-A) polymer(PIQTT) are synthesized as well as the isoindigo-based (IID)monomer and D-A polymer (PITT). It is found that the IQTTbuilding block displays stronger electron-withdrawing ability andmore planar backbone conformation than IID in the copolymers.Both IQTT-based monomer and PIQTT exhibit significantly redshifted absorption compared to their IID-based counterparts. Inthe solid state, PIQTT exhibits the superior thin film order and adecent field-effect transistor mobility. This work not only showsthat IQTT is an excellent building block for organic electronics but also indicates that the quantum chemical simulation toolthat developed in diradicaloid studies is a powerful approach to design novel quinoidal narrow-bandgap D-A conjugatedpolymers for organic electronics.

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b00370