Angew. Chem. ：分子骨架显著二维共轭延展构筑六悬臂有机半导体创制平台

由于有机半导体分子骨架柔性，且主要通过范德华力、氢键等弱相互作用形成聚集态。因此相对于无机半导体材料，有机半导体薄膜中分子间相互作用弱且存在大量结构缺陷，这往往导致光生激子半径小、束缚能大，光生载流子复合严重、迁移率低。因此如何增强分子间相互作用和堆积有序性对高效有机半导体材料设计至关重要。其中有机光电材料分子电子骨架刚性化、二维共轭延展或者引入足够的杂原子（如卤素原子X）是增强分子间作用力和诱导有序堆积的有效途径之一。

针对上述科学问题，南开大学陈永胜教授研究团队基于近期开发的高效CH系列材料（Sci. China Chem. 2022, 65, 1362；Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202209580；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3519；Nat. Commun. 2023, 14, 4707；Acc. Mater. Res. 2023, 4, 772；Angew. Chem., Int. Ed. 2023, e202312630; etc.），通过分子骨架显著的二维共轭延展构建了两个具有准D3h对称性的六悬臂有机半导体分子创制平台（C1和C2）（图1）。由于基于不同的内核单元（三蝶烯与三亚苯），C1和C2展现出截然不同的螺旋桨和准平面分子构型。得益于其较大的刚性共轭骨架，C1和C2都具有较小的重组能和激子结合能以及较长的激子寿命。相较于具有螺旋桨构型的C1，具有准平面构型的C2表现出相对更强的分子间堆叠以及更有利的face-on堆叠取向。

图1：（a）C1和C2分子结构示意。（b）C1和C2前线分子轨道能级图。

图2：CH25和CH26的器件性能及形貌

基于上述分子创制平台，作者合成了具有六个缺电子末端基团的小分子受体CH25和CH26。由于CH25的螺旋桨式分子构型，基于PM6:CH25的器件形貌具有许多微观孔状结构，导致其光动力学过程较差、光电转换效率较低。相较于CH25，CH26的准平面构型具有更强的分子间堆积和更好的face-on堆积取向。最终，基于CH26的有机太阳电池实现了15.41％的能量转换效率。

该工作构建了两个结构新颖且极具前景的六悬臂有机半导体分子创制平台，其有望在有机光电转换器件、有机探测器等多个新兴领域中获得应用。

论文信息

Propeller vs Quasi-Planar 6-Cantilever Small Molecular Platforms with Extremely Two-Dimensional Conjugated Extension

Zheng Xu, Shitong Li, Fangfang Huang, Tengfei He, Xinyuan Jia, Huazhe Liang, Yaxiao Guo, Guankui Long, Bin Kan, Zhaoyang Yao, Chenxi Li, Xiangjian Wan, Yongsheng Chen

文章的通讯作者为南开大学化学学院陈永胜教授和姚朝阳研究员，第一作者是南开大学化学学院博士研究生许铮、李师彤和黄坊坊。该工作感谢科技部及基金委相关项目的大力支持。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202311686