摘要
具有良好稳定性的窄带隙共轭半导体材料在光伏、光电探测器和生物医疗等领域具有广阔的应用前景，但其种类仍然较少，尚待开发。醌式化合物结构平面刚性，有利于电荷传输；分子轨道能级低，空气稳定性好；带隙窄、摩尔消光系数高，易在长波长如近红外区具有强吸收。基于此，本论文设计合成了一系列以含不同共轭长度的S,N-稠环结构为中间核，1,3-茚满二酮为端基的醌式结构小分子（QSN3-QSN6），系统研究共轭长度对该类小分子性质的影响。并进一步以所制备的醌式结构为受体单元，构筑了给-受体（D-A）型窄带隙共轭聚合物，详细研究其基本理化性质及电荷传输性能。首先，所制备的小分子都具有稳定的闭壳结构并表现出了明显的醌式特征。所有小分子具有相近的最低未占据轨道能级（LUMO~-4.17eV）。随着共轭长度的增加，最高占据轨道能级（HOMO）逐渐升高，光学带隙逐渐变小，电子迁移率逐渐增加。其中，具有最长共轭长度的QSN6，具有最窄的光学带隙（0.74eV），最强的近红外一区（NIRI,780-1000nm）和二区（NIRII,1000-1700nm）吸收，以及最高的电子迁移率（0.012cm2V?1s?1）。并且QSN6具有良好的空气稳定性。模拟计算结果显示，继续延长S,N-稠环结构共轭长度所得到的醌式小分子的吸收光谱可进一步红移。此外，将醌式小分子QSN5和QSN6进行溴代官能化，并以其为受体单元，与吡咯并吡咯二酮（DPP）衍生物共聚，得到了窄带隙共轭聚合物P1和P2。聚合物P1和P2均具有良好的热稳定性，两者的光学带隙分别为1.03和0.96eV，在NIR区具有强吸收。P1和P2均呈现n型传输特性，最高电子迁移率分别为0.0067和0.0058cm2V-1s-1。本论文的研究结果表明，通过调控中心核单元的共轭长度及封端基团，可有效调控醌式小分子及聚合物的光学及半导体性质，这种结构设计策略有望获得具有良好稳定性以及强NIR吸收的半导体材料。
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