喜报!这篇Nature文章第一作者为华南理工大学博士后 ——唐浩然

近日,在喜迎二十大和庆祝学校组建70周年暨建校105年之际,一篇以华南理工大学材料科学与工程学院流动站博士后唐浩然为第一作者、黄飞教授为通讯作者,华南理工大学为通讯单位的文章发表在Nature上,为学校又增添了一份喜悦。该研究由华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞教授团队,曹镛院士,马於光院士,与南方科技大学张元竹教授、郭旭岗教授和北京大学裴坚教授等人合作开展,被认为是导电高分子研究领域取得的重大突破。

据介绍,导电聚合物已经在太阳能电池、传感器和一些显示技术中得到了十分广泛的应用。自导电聚乙炔被报道以来,导电聚合物的导电率已经可以达到1000 S cm-1以上,与部分金属材料相媲美。其中,可溶液加工的导电聚合物可以作为电子“墨水”,通过与传统印刷技术(喷墨打印、卷对卷印刷、胶印等)相结合,将有可能使电子器件的制备发生革命性转变。但目前已报道的绝大部分高性能导电聚合物展现出空穴占主导的传输特性(p型),而n型导电聚合物的发展远远落后。

为了实现高性能的n型导电聚合物,需要同时实现高效的电子传输和主链中的高载流子浓度。首先,需要设计具有大共轭平面的刚性骨架,使得载流子在聚合物链上易于传输;其次,需要选择适合的掺杂剂和聚合物充分反应,以增加载流子的浓度。然而,一般具有刚性共轭骨架的聚合物不具备良好的溶解性,需要引入侧链或表面活性剂的方式进行功能化,以确保这类聚合物的溶解性和溶液加工性,而这种方式会引入额外的绝缘组分,对电导率产生不利影响。另一方面,目前大多数n型导电聚合物的掺杂效率较低(通常在10%左右),需要进一步降低聚合物的最低未占据轨道(LUMO)能级以及设计空气稳定的高效n型掺杂剂。而这就需要设计十分复杂的分子结构,导致这类n型导电高分子难以得到广泛应用。

氧化聚合和原位n型掺杂的反应机理示意图

唐浩然博士、黄飞教授及其团队经过对聚合反应以及掺杂进程精心设计,提出了一种将氧化聚合和还原掺杂相结合的方法,一锅法简易制备出高导电n型聚合物——聚(苯并呋喃二酮)(PBFDO)。该聚合物具有创纪录的电导率,并且具有优异的空气稳定性,在无需额外的侧链或表面活性剂的情况下可以通过与溶剂的强相互作用实现良好的溶解性和溶液加工性。团队还证明了在该聚合物中存在相干电荷输运以及类似金属的泡利磁矩和电磁屏蔽等特性。基于其超高的n型电导率和优良的环境稳定性,PBFDO在热电器件和有机电化学晶体管的应用上展示了良好的应用前景,并有望通过进一步的工艺改进,实现其市场化应用。

制备的n型导电聚合物在有机电子器件中的应用

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05295-8,该文第一作者唐浩然,于199610月出生,本硕博均毕业于华南理工大学材料科学与工程学院。现为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室博士后,研究期间主要致力于聚焦于可溶液加工的导电聚合物,进一步从聚合物结构拓展、合成方法创新等方面入手拓展导电聚合物,尤其是n型导电聚合物的种类及性能,并实现其在有机电子器件的应用。

唐博士说,进入博士后阶段的青年科技人才更需要成分发挥前期在不同领域的基础知识的积累,保持独立思考以及坚持创新的习惯,去更加深入地完成相关研究。同时要更好地与团队成员积极沟通,协调合作,取长补短,将整个团队凝聚成更强大的力量,实现进一步的突破。