有機(jī)分子半導(dǎo)體材料在有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)，有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)和有機(jī)光伏(OPV)等先進(jìn)柔性光電子器件中有著重要的應(yīng)用。盡管研究人員開發(fā)了具有高遷移率和高發(fā)光量子效率的分子半導(dǎo)體并用作OFET和OLEDs，但同時(shí)具有高電荷遷移率和高發(fā)光效率的半導(dǎo)體材料的發(fā)展仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
苝二酰亞胺(PDIs)和萘二酰亞胺等亞芳基二酰亞胺由于其原料易得，化學(xué)合成簡單且易修飾，高電子遷移率和優(yōu)異的化學(xué)/光穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于構(gòu)建OFETs和OPVs等半導(dǎo)體器件。然而，在大多數(shù)情況下，它們的大π-骨架和強(qiáng)π-π分子間相互作用會(huì)減弱其固態(tài)發(fā)射。近日，有學(xué)者將不同數(shù)目的PDI單元連接到三苯基乙烯（TriPE）骨架來解決分子間相互作用對熒光的猝滅問題，從而實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具有高遷移率和強(qiáng)熒光發(fā)射的半導(dǎo)體材料。
近日，來自香港科技大學(xué)的唐本忠院士和趙征博士以及上海有機(jī)化學(xué)研究所的高希珂教授 等人在Adv. Funct. Mater.上發(fā)布了一篇關(guān)于有機(jī)分子半導(dǎo)體材料的文章，題為“Rational Design of Perylenediimide-Substituted Triphenylethylene to Electron Transporting Aggregation-Induced Emission Luminogens (AIEgens) with High Mobility and Near-Infrared Emission”。
這篇文章介紹了具有不同數(shù)量苝二酰亞胺(PDI)單元的三苯基乙烯的合成過程，并對其光學(xué)和電荷輸運(yùn)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。所有的分子均表現(xiàn)出強(qiáng)固態(tài)近紅外(NIR)發(fā)射，其中一些顯示出聚集增強(qiáng)的發(fā)光特性。TriPE-3PDI表現(xiàn)出最好的性能，30％的最大熒光量子產(chǎn)率和超過0.01cm2 V-1s-1的電子遷移率，這是迄今為止所有報(bào)道的具有近紅外發(fā)射聚集誘導(dǎo)發(fā)光體中的最高值。
圖1 TriPE-nPDI光學(xué)性能表征
(a,c) 紫外光譜；(b,d) 光致發(fā)光光譜。
圖2 TriPE-nPDIs聚集誘導(dǎo)發(fā)光特性表征
(a) TriPE-1PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光譜；
(b) TriPE-2PD在不同正己烷/己烷混合物中的PL光譜；
(c) TriPE-3PDI在不同正己烷/己烷混合物中的PL光譜。
(d-f) 在365nm紫外線照射下所對應(yīng)的熒光照片。
圖3 基態(tài)(S0)和激發(fā)態(tài)(S1)的電子結(jié)構(gòu)
(a) TriPE-1PDI和TriPE-2PDI的激發(fā)態(tài)電子密度分布和能級；
(b) 重整能示意圖；
(c) 在S1處的TriPE-1PDI和TriPE-2PDI以及在S0處的TriPE-3PDI的幾何構(gòu)型。
圖4 TriPE-nPDI的電子傳輸性質(zhì)
(a-b) 基于TriPE-3PDI的OFET器件的輸出和轉(zhuǎn)移曲線；
(c-d) 140℃下退火的TriPE-3PDIL的輸出和轉(zhuǎn)移曲線。
圖5 TriPE-nPDI原始薄膜的AFM圖像和XRD衍射圖
(a-h) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的AFM圖像；
(i-l) TriPE-1PDI、TriPE-2PDI、TriPE-3PDI和TriPE-3PDIL的XRD圖譜。
本文介紹了一系列PDI取代的TriPE，并研究了PDI取代對其熒光和電荷傳輸性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，具有更多PDI基元和中等扭曲構(gòu)象的發(fā)光體促進(jìn)了強(qiáng)發(fā)射和電荷轉(zhuǎn)移。 所有合成的分子均具有NIR發(fā)射和n溝道電荷輸運(yùn)性質(zhì)，優(yōu)化后的電子遷移率超過0.01cm2V-1s-1，最大量子產(chǎn)率為30％。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201705609/full
