一步合成氰化喹诺啉区域异构体，可制备出在常温处理条件下具有创纪录热电性能的n型聚合物

《Journal of the American Chemical Society》：One-Step Synthesis of Cyanated Quinoxaline Regioisomers Enables n-Type Polymers with Record Ambient-Processed Thermoelectric Performance

双氰基喹啉酮构建块设计及高效n型共聚物开发，通过单步氰化实现低成本合成，共聚物TDPP-CNQx在空气中展现高迁移率（1.3 cm2V?1s?1）、低晶格热导率（0.10 Wm?1K?1）和优异热电性能（ZT=0.20）。

　　

有机电子技术的进步在很大程度上依赖于高性能n型π共轭聚合物的开发。然而，由于缺乏符合这些要求的构建模块，这类易于合成、加工性能优异且空气稳定性良好的电子贫乏聚合物仍然较为罕见。在这里，我们开发了两种新型的、结构简单的π扩展型且电子极度缺乏的氰化构建模块：2,3-喹唑二碳腈（QxCN）和6,7-喹唑二碳腈（CNQx）。这些单元通过弱受体喹唑的区域选择性氰化反应，从低成本前体一步合成得到。与噻吩侧链的二酮吡咯并吡咯共聚，分别得到了两种受体-受体型共聚物TDPP-QxCN和TDPP-CNQx，其LUMO能级（约?3.9 eV）明显低于未氰化的聚合物类似物TDPP-Qx（?3.35 eV）。深入的光谱学、理论分析和微观结构研究表明，TDPP-CNQx中6,7位置的氰化作用抑制了与分子内电荷转移相关的少数载流子效应，同时增强了其优异的构象适应性，使其能够高效自组装成具有有序和无序区域良好平衡的高度结晶薄膜。这种微观结构组织确保了快速的电子传输和高效的掺杂剂扩散，使得TDPP-CNQx在空气处理条件下仍具有较高的场效应迁移率（高达1.3 cm² V^–1 s^–1），以及前所未有的n型掺杂效率。因此，n型掺杂的TDPP-CNQx薄膜表现出高电导率（44.50 S cm^–1）、优异的功率因数（65.16 μW m^–1 K^–2）和极低的热导率（0.10 W m^–1 K^–1），最终使得这种溶液/室温处理薄膜的热电优值（ZT = 0.20）创下纪录。其性能也超过了几乎所有真空处理的同类材料，使CNQx成为下一代有机电子学中极具前景的构建模块。