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【AM宁波材料所建所20周年专刊】用于有机电子的二维共轭聚合物薄膜：机遇与挑战
作者：，日期：2024-06-03

二维共轭聚合物（2DCPs）作为新一代有机半导体材料，具有拓展的π共轭、可调的电子性质和有序的结构，在有机电子领域展现出广阔的应用前景。近年来，人们在2DCPs薄膜的设计和合成方面付出了巨大努力，已构筑了一系列具有不同孔径、拓扑结构和连接键的结晶聚合物薄膜，并发展出了能够精确调控薄膜厚度和尺寸的制备策略。通过合理的结构设计、后修饰和器件构筑，2DCPs薄膜的有机电子性能得到显著提升，并在有机晶体管、忆阻器、电致变色等应用方向取了得巨大进展。

近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室张涛研究员带领团队对2DCPs材料的化学构筑策略、界面合成方法、前沿基础应用进行了深入研究（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 1318；J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5203；J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13953；ACS Cent. Sci. 2024, 10, 775；ACS Catal. 2023, 13, 1089；Chem. Mater. 2023, 35, 1594；Chem. Mater. 2023, 35, 7144；Small, 2023, 19, 2207972）。近日，该团队受邀在Advanced Materials上发表了题为“2D Conjugated Polymer Thin Films for Organic Electronics: Opportunities and Challenges”的综述（Adv. Mater., 2024, 2311541）。该综述系统总结了2DCPs材料的界面合成策略、导电性质和有机电子应用的研究进展（图1）。

文中，作者首先介绍了2DCPs在拓扑结构设计、电子性质调控、连接键化学、载流子传输等方面的优势和特性（图2）。例如，2DCPs面内π共轭拓展和面外π-π堆叠形成的π共轭晶格有利于载流子的分离和传输；基于网状化学和动态共价化学，可对2DCPs的拓扑结构和连接键进行预先设计，并根据应用需求引入合适的官能团和功能分子；高表面积和一维孔道可供大量活性位点并促进传质。作者还结合领域内的代表性工作，系统总结了2DCPs薄膜的界面构筑策略（包括气液界面、气固界面、固液界面、液液界面等方法），并进一步归纳了薄膜合成中形貌变化、取向和有序性等要点，详细梳理了2DCPs的导电性质和影响因素，包括载流子的跳跃和带状传输机制，连接键和构建单元对导电性的影响，拓扑结构对电子性质的作用，以及化学掺杂、层间聚合和构建范德华异质结等策略对导电性的调控。此外，作者对2DCPs在有机场效应晶体管、电化学晶体管、忆阻器、光探测器、电致变色和化学传感等领域的应用进行了梳理，突显了2DCPs在有机电子方向的应用潜力。最后作者对研究现状进行总结，并从结构设计、电子器件架构设计、电子结构调控等方面对2DCPs在有机电子领域未来的发展进行了展望。

宁波材料所研究生付广恩、杨浩永、赵文凯为该论文共同一作，张涛研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（优秀青年基金）（52322316）、浙江省自然基金杰出青年基金（LR21E030001）、浙江省领军型创新创业团队基金（2021R01005）、宁波市重点研发计划基金（2022ZDYF020023）、宁波市公益项目基金（2023S080）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202311541

图1 2DCPs薄膜的合成及有机电子领域应用示意图

图2 2DCPs薄膜的常见拓扑结构、连接键化学、界面合成策略和有机电子应用

（海洋关键材料重点实验室 付广恩）

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