有机电化学晶体管中的高离子传输性能得益于分子内的非共价相互作用

《Advanced Materials》：High Iontronic Performance in Organic Electrochemical Transistors Enabled by Intramolecular Noncovalent Interactions

有机电化学晶体管（OECTs）因离子耦合、低驱动电压和生物相容性被看好，但低跨导限制应用。本文合成含4,4′-位乙二醇链的聚（二噻吩）衍生物，调控内分子非共价相互作用，opg2T-Se因Se···O作用更强、π-π堆积更紧密，实现最高几何归一化跨导415 S/cm，显著提升体外ECG信号质量。

　　

摘要

有机电化学晶体管（OECTs）在生物电子学领域具有巨大潜力，这得益于它们的离子电子耦合特性、低驱动电压（<1 V）以及生物相容性。然而，其较低的离子电子性能，尤其是在跨导（g_m）方面，限制了它们获取高精度生物信号的能力。为了解决这一问题，合成了一系列含有4,4′-位置羟基侧链的聚（二噻吩）（opg2T-O、opg2T-S和opg2T-Se）。通过改变呋喃、噻吩和硒吩共聚单体的比例，系统地调节了分子内的非共价相互作用。全面的理论分析表明，opg2T-Se中的Se···O非共价相互作用比opg2T-S和opg2T-O中的S···O相互作用更强，使得opg2T-Se具有更平面、更刚性的分子结构。同时，opg2T-Se表现出更紧密的π–π堆叠和层状排列，并倾向于采用边缘朝向。因此，在基于opg2T-Se的OECTs中实现了创纪录的几何归一化跨导（g_m,n）为415 S cm^?1，以及显著的空穴迁移率（μ = 2.99 cm² V^?1 s^?1）和体积电容（C* = 423.3 F cm^?3）。重要的是，基于opg2T-Se的器件在体外人类心电图（ECG）测试中显示出比其他两种器件更高的信号保真度。本研究强调了分子内非共价相互作用在实现高性能OECTs材料中的重要性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。