图1 供体工程构建的高性能、高操作稳定性的n型有机电化学晶体管材料

  近期，华南理工大学前沿软物质学院郭子豪副研究员团队通过设计简单的一步反应合成了一种富马腈的衍生物2,3-二（噻吩-2-基）富马腈（2,3-di(thiophen-2-yl)fumaronitrile，DTFMCN），作为一种“缺电子型电子供体”，该结构具有低的LUMO能级、良好的共轭性以及强烈的分子内相互作用。以DTFMCN为电子供体的D-A型聚合物混合离子-电子导体（polymeric mixed ionic–electronic conductors，PMIECs）在n型有机电化学晶体管（Organic electrochemical transistors，OECTs）中展现出超低的阈值电压、优异的操作稳定性以及良好的离子-电子传输能力（图1）。该工作以“Donor Engineering for High Performance n-Type OECT Materials with Exceptional Operational Stability”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. Doi：10.1002/ange.202513182）。

图2 单体和聚合物的合成路线以及DTFMCN的单晶结构

  传统的氰基功能化噻吩型电子供体的合成通常需要较为繁琐的合成步骤，且需要使用较为危险的化学试剂，例如氰化亚铜和四氯化钛。本工作从市售的2-（噻吩-2-基）乙腈出发，经过简单的乙醇钠、碘单质或者醋酸铜的催化，可直接生成DTFMCN（图2）。单晶结构显示DTFMCN具有良好的骨架平面性以及存在分子内的S···N相互作用，这在一定程度上有利于维持在发生电化学掺杂时分子骨架的稳定性。进一步制备成锡化的DTFMCN-2Sn与两种不同乙二醇类（ethylene glycol，EG)侧链取代的FBDOPV经过Stille反应制备成两种PMIECs并应用于n型OECTs。

图3. 基于S-DTFMCN和B-DTFMCN的OECTs器件测试表征

图4. 基于S-DTFMCN和B-DTFMCN的操作稳定性等相关测试表征

  S-DTFMCN和B-DTFMCN在n型OECTs器件中有着较为突出的表现，阈值电压分别为6和40 mV，μC*值分别达到了13.49和13.57 F cm^?1 V ^?1 s ^?1。此外，值得注意的是，基于S-DTFMCN和B-DTFMCN的OECTs器件在0~0.3 V的施加电压条件下表现出卓越的操作稳定性，运行168分钟的电流保持率能够达到96 %，这对于n型OECTs器件长期稳定的提供电流信号至关重要（图3-4）。

  文章第一作者是华南理工大学博士研究生丁日庆和南方科技大学硕士研究生张夏格。华南理工大学的郭子豪副研究员、南方科技大学的冯奎副教授为共同通讯作者。该研究也得到南方科技大学郭旭岗教授的支持和指导。同时，也感谢韩国高丽大学的Han Young Woo教授在形貌表征方面提供的支持。该研究获得了国家自然科学基金、广州科技发展计划项目、聚合物化学与物理教育部重点实验室等项目的共同资助。

  论文信息：

  Donor Engineering for High Performance n-Type OECT Materials with Exceptional Operational Stability

Riqing Ding^#, Xiage Zhang^#, Yidan Luan, Meishan Peng, Wantao Chen, Sijing Wang, Shengyao Su, Shunyang Lu, Sang Young Jeong, Han Young Woo, Xugang Guo, Kui Feng*, Zi-Hao Guo*.

  Angew. Chem. Int. Ed.

  Doi：10.1002/ange.202513182

  原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202513182