Chem. Eur. J. ：用于n型有机薄膜晶体管的氯化辅助异构吲哚酮封端醌式化合物

有机半导体材料因其具有质轻、柔性、可溶液加工等优点，在有机场效应晶体管、有机太阳能电池和有机热电器件得到了广泛的应用。为了实现这些应用，需要同时开发高性能的n型和p型半导体材料。然而，相比于p型半导体材料，n型半导体材料的发展远远滞后。

醌式化合物具有LUMO能级低、刚性强和π电子离域性好的特点，是一类有潜力的n型有机半导体材料。吲哚酮封端的醌式化合物具有方便引入致溶烷基链和端基可修饰的优点而备受关注。然而，由于端基的不对称使其存在多种难以分离的顺反异构体，不利于实现高迁移率。研究人员报道了向醌式中间核引入砜基基团或多重分子内弱相互作用锁定醌式构型的策略。但是，这些方法无法兼顾醌式分子好的堆积和低的LUMO能级，从而难以获得高迁移率的n型半导体材料。

为了解决这一问题，天津大学材料科学与工程学院的邓云峰课题组发展了向中间单元核引入氯原子锁定醌式构型的策略。一方面，利用氯原子的吸电子特性降低分子的前线轨道能级，另一方面，利用分子内的Cl···H和S···O双重作用锁定醌式构型，从而获得低LUMO能级的单一构型醌式化合物。醌式分子的单一构型通过核磁氢谱、DFT理论计算和单晶衍射分析得以证实。更为重要的是，单晶分析表明，引入的Cl并不会造成分子骨架的扭曲，Cl原子和分子骨架的其它原子几乎在同一平面，从而保证了分子间的紧密堆积，形成利于电荷传输的分子堆积模式。因此，基于该策略可以获得高电子迁移率的吲哚酮封端醌式化合物。在端基引入F原子后，醌式化合物的电子迁移率可以达到0.35 cm² V^-1 s^-1。这一工作有望为设计单一构型、高电子迁移率的醌式化合物提供新思路。

论文信息

Chlorination-Assisted Isomerically Pure Oxindole-Terminated Quinoids for n-Type Organic Thin-Film Transistors

Linlin Lin, Cheng Wang, Yunfeng Deng, Yanhou Geng

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202203336