基于萘二亚胺的小分子半导体，可实现空气稳定的n型有机场效应晶体管

《European Journal of Organic Chemistry》：Naphthalene Diimide‐Based Small‐Molecule Semiconductors Enabling Air‐Stable n‐Type Organic Field‐Effect Transistors

环境稳定的n型有机半导体材料通过紫精（NDI）核心与硫代苯桥连接的强吸电子基团修饰实现，密度泛函理论计算显示其最低未占据分子轨道能级显著降低（97%。柔性电子器件中，自组装NDI-4Cl薄膜的迁移率提升至7.21×10?3 cm2/V·s，证实该分子设计策略可有效提升n型有机半导体在环境适用型柔性电子领域的应用潜力。

　　

丁兆涵|孙翔|赵玉东|崔德峰|胡俊梅|高伟辰|范斌|乔静|关英实

中国东南大学化学与化学工程学院，南京

开发环境稳定的n型有机半导体是一个至关重要但充满挑战的研究领域。在本研究中，我们通过硫苯桥将萘二亚胺（NDI）核心官能化为强吸电子基团，实现了合理的分子设计。密度泛函理论计算表明，这种改性后的材料具有更高的平面性，且最低未占据分子轨道能量显著降低（<-4.1 eV），这一结果通过光物理和电化学分析得到了验证。制备的溶液处理型有机场效应晶体管（OFETs）表现出超过10^-3 cm^2 V^-1 s^-1的电子迁移率，所有实验均在常温常压条件下完成。值得注意的是，这些器件在常温常压条件下储存两周后仍保持了97%以上的性能。此外，为了评估这些半导体在柔性电子器件中的应用潜力，我们利用空气-水界面自组装技术制备了自组装的NDI-4X（X = F, Cl）薄膜，并将其用于柔性OFETs的制造。在相同条件下，NDI-4F和NDI-4Cl的电子迁移率分别达到了4.49 × 10^-3 cm^2 V^-1 s^-1和7.21 × 10^-3 cm^2 V^-1 s^-1，远高于不含卤素的NDI-4H（1.14 × 10^-3 cm^2 V^-1 s^-1）。这项工作表明，在电子缺乏的分子单元两端引入强吸电子基团是实现环境稳定n型小分子半导体的有效途径，从而为其在下一代环境操作型柔性电子器件中的应用奠定了基础。