一种高电荷密度有机半导体分子及其制备方法与应用

本发明属于有机半导体，尤其涉及一种高电荷密度有机半导体分子及其制备方法与应用。

背景技术：

1、半导体材料行业是是支撑经济发展的战略基础产业。随着柔性电子器件的发展，有机半导体凭借其高溶解性、低成本、分子设计灵活以及机械柔性等诸多优势获得广泛关注。以有机半导体为活性材料的柔性光电器件发展迅猛，器件性能得到了显著的改善。目前已成功应用到有机场效应晶体管、有机电致发光二极管、有机太阳能电池等诸多领域。

2、有机半导体作为半导体器件的核心组成部分，其物化性质一直受到人们的广泛关注。随时近半个世纪的摸索，现有技术对有机半导体材料的设计策略主要包括(1)pn结或给体-受体结构对材料能级的调节；(2)利用共价键链接形成稠环改变分子的刚性；(3)通过分子间/内的相互作用实现材料空间结构的调节；(4)采用杂原子对材料进行功能化应用。电荷密度作为调节载流子浓度的重要物理参数，一直受到科研工作者的广泛关注。然而传统的调节方法主要通过掺杂来实现，制备方法较复杂。基于此，本发明提出了一种高电荷密度有机半导体分子及其制备方法，弥补了通过分子设计规律来调节材料电荷密度这些研究领域的空白。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种高电荷密度有机半导体分子及其制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提出了一种高电荷密度有机半导体分子，所述高电荷密度有机半导体分子为f原子邻位取代母体分子，所述母体分子包括2,6-二苯基二噻吩[3,2-b:2',3'-d]噻吩、2,5-二苯基噻吩[3,2-b]噻吩、2,6-二苯基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩、1,4-二(5-苯基噻吩-2-yl)苯或5,5”-二苯基-2,2':5',2”-三噻吩。

4、本发明还提出了一种上述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，利用钯催化交叉偶联反应实现母体分子的f原子邻位取代，包括以下步骤：

5、将化合物与2-氟苯硼酸、催化剂、碳酸钾在混合溶剂中回流搅拌，反应结束后抽滤、干燥得到黄色固体粉末，将所述黄色固体粉末柱层析分离，静置后得到所述高电荷密度有机半导体分子。

6、进一步地，所述化合物包括2,5-二溴二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩。

7、进一步地，所述催化剂为四三苯基膦钯。

8、进一步地，所述化合物与2-氟苯硼酸、催化剂、碳酸钾的摩尔比为2∶4.2∶0.12∶8。

9、进一步地，所述混合溶剂由体积比为4∶1∶1的甲苯、乙醇和水组成，所述混合溶剂与化合物的体积摩尔比为12ml∶2mmol。

10、进一步地，所述回流搅拌的时间为12h。

11、进一步地，柱层析分离采用体积比为10∶1的石油醚和乙酸乙酯。

12、本发明还提出了所述的高电荷密度有机半导体分子在有机场效应晶体管制备中的应用。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

14、(1)本发明利用钯催化交叉偶联反应设计合成半导体分子，制备方法简单，得到具有高的电荷密度的有机半导体分子在制备有机场效应晶体管时可以调节器件的阈值电压，在温度传感、光探测、数据存储等诸多领域具潜在的应用，同时发现利用f原子取代位置的不同可以实现有机半导体材料电荷密度的调控。

技术特征：

1.一种高电荷密度有机半导体分子，其特征在于，f原子邻位取代母体分子，所述母体分子包括2,6-二苯基二噻吩[3,2-b:2',3'-d]噻吩、2,5-二苯基噻吩[3,2-b]噻吩、2,6-二苯基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩、1,4-二(5-苯基噻吩-2-yl)苯或5,5”-二苯基-2,2':5',2”-三噻吩。

2.一种权利要求1所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，利用钯催化交叉偶联反应实现2,6-二苯基二噻吩[3,2-b:2',3'-d]噻吩的f原子邻位取代。

3.根据权利要求2所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，所述化合物包括2,5-二溴二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩。

5.根据权利要求3所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，所述催化剂为四三苯基膦钯。

6.根据权利要求3所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，所述化合物与2-氟苯硼酸、催化剂、碳酸钾的摩尔比为2∶4.2∶0.12∶8。

7.根据权利要求3所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂由体积比为4∶1∶1的甲苯、乙醇和水组成，所述混合溶剂与化合物的体积摩尔比为12ml∶2mmol。

8.根据权利要求3所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，所述回流搅拌的时间为12h。

9.根据权利要求3所述的高电荷密度有机半导体分子的制备方法，其特征在于，柱层析分离采用体积比为10∶1的石油醚和乙酸乙酯。

10.权利要求1所述的高电荷密度有机半导体分子在有机场效应晶体管制备中的应用。

技术总结
本发明提出了一种高电荷密度有机半导体分子及其制备方法与应用，属于有机半导体技术领域。利用钯催化交叉偶联反应实现2,6‑二苯基二噻吩[3,2‑B:2',3'‑D]噻吩母体分子的F原子的不同取代位置，验证了F原子取代位置的不同可以调节半导体的电荷密度。通过实验进一步证明了F‑S的相互作用是造成该现象的原因之一。该制备方法简单，通过本发明方法制备得到的具有高的电荷密度的有机半导体分子在制备有机场效应晶体管时可以调节器件的阈值电压，在温度传感、光探测、数据存储等诸多领域具潜在的应用。

技术研发人员：陈小松,胡永旭,李立强,胡文平
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14