水/醇溶性共轭聚合物是一类侧链带有膦酸酯、叔胺、季铵盐等极性基团的共轭聚合物。利用其与活性层材料的溶解性差异以及能够形成较大的界面偶极作用，这类聚合物可作为界面层材料用于有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OSC）和钙钛矿太阳能电池。目前，水/醇溶性共轭聚合物主要采用传统的交叉偶联缩聚合成，需要制备高纯度的有机金属试剂，然而带极性基团的有机金属试剂制备与提纯较为困难。此外，这类聚合反应的原子经济性较差。直接芳基化缩聚（DArP）是近年来发展的共轭聚合物的合成方法，可通过C-Br和C-H单体直接偶联合成共轭聚合物，无需制备有机金属试剂，原子经济性较高。但DArP很少用于合成水/醇溶性共轭聚合物，且这类聚合反应的官能团耐受性需要进一步研究。
最近，邓云峰副教授、耿延候教授团队通过DArP合成了侧链带膦酸酯基、胺基和溴基团的共轭聚合物，并研究了侧链基团对四氟苯（TFB）直接芳基化反应的影响（图1）。研究发现，膦酸酯基以及胺基的存在对TFB与2,7-二溴代芴衍生物的直接芳基化几乎没有影响，可采用常用的DArP条件合成高分子量的聚合物PFEP100和PFN。而溴代烷基侧链则会与羧酸添加剂发生亲核取代副反应，影响聚合过程。通过探索无羧酸添加剂的DArP条件，发现Ag2CO3作为助催化剂可促进该类单体的DArP。但由于羧酸添加剂的缺失，催化循环中的协同金属去质子化（CMD）过程进行缓慢，导致发生脱溴副反应，所得聚合物（PFBr）的分子量较低。
图1. PFEP、PFN、PFBr和PFNBr的合成路线。
进一步，该团队通过聚合物PFBr与三甲胺反应合成了带季铵盐侧基的聚合物PFNBr，并与PFEP100作为界面层材料应用于OSC器件。器件结果显示， PFEP100与PFNBr均能较大程度提高器件的能量转换效率（PCE）。其中以PFNBr为界面层器件的PCE达到11.30%，与基于商业购买的PFNBr-c为界面层器件的PCE相当。
以上相关成果发表在ACS Macro Letters (ACS Macro Lett. 2021, 10, 419)上。论文的第一作者为天津大学材料科学与工程学院硕士研究生赵博文，通讯作者为邓云峰副教授和耿延候教授。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.1c00073
