今日最新Nature: 阴离子交换驱动的高效分子掺杂

【引言】

π键共轭材料的化学掺杂涉及到主体与掺杂剂之间的氧化还原反应。在这一过程中，整数电子通过基态电子迁移从主体迁移到掺杂剂上。例如，聚合物半导体通过化学掺杂可以实现提高电荷载流子密度的目的，而这一掺杂效率的提升主要取决于π键共轭聚合物与掺杂剂之间的电化学氧化还原电势。因此，反应一方的电子亲附性与另一方的电离电位的对应程度可以有效影响掺杂效果，为优化分子掺杂提供指导。

【成果简介】

近期，东京大学的S. Watanabe（通讯作者）等人报道发现了一种可以提高掺杂水平的新型过程。研究人员称这一新型过程为“阴离子交换”。在这一过程中，以离子液体溶剂作为介质，典型的p型掺杂剂阴离子可以与另一种由离子液体提供的阴离子进行即时交换，这一过程不仅可以克服氧化还原过程的局限性，其阴离子交换效率还可以接近达到100%。如此一来，在这一“阴离子交换”过程中，可以实现“一个电荷/单体单元”的掺杂水平。研究认为，这一新型阴离子交换掺杂过程高效稳定，是促进分子电子学发展的有力工具。2019年08月28日，相关成果以题为“Efficient molecular doping of polymeric semiconductors driven by anion exchange”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 阴离子交换掺杂

图2 阳离子和阴离子的分子结构及其电势图

图3离子作用强度与阴离子交换及掺杂浓度的关系

图4 掺杂型PBTTT中的高度定向结构及其电荷转移

文献链接：Efficient molecular doping of polymeric semiconductors driven by anion exchange（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1504-9）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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