長春光機所研制首例帶電荷的有機二維多孔晶體發光材料

　　 近日，中科院長春光學精密機械與物理研究所發光學及應用國家重點實驗室李斌研究員所帶領的課題組自主設計了具有紅光發射的帶有正電荷的溴化乙錠有機單體，在國際上首次制備出帶電荷的有機二維多孔晶體骨架材料，該材料在有機半導體器件和光電傳感等領域將具有重要的應用前景。上述研究結果發表在國際化學領域著名的期刊《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.,

　　2016, DOI: 10.1021/jacs.5b13490，影響因子12.1）上，第一作者為助理研究員馬和平博士，該工作得到了國家自然科學基金項目的資助。

　　二維層狀材料是近些年興起的一類新興材料。尤其是2004年，單原子層石墨烯的發現極大地推動了二維材料的發展，使其迅速成為研究前沿。然而由于石墨烯幾乎沒有能隙，限制了其在半導體器件中的應用。與石墨烯相比，二維層狀半導體材料與生俱來的天然帶隙結構使它們在微電子及光電子領域具有極大的應用潛力。其中二維層狀有機多孔晶體材料由于其具有豐富的有機發光官能團、可調節的光電子遷移率和優異的光電轉化性質使其在光電傳感、有機半導體器件、場效晶體管和有機太陽能電池等領域有著廣泛的應用空間。但是由于所合成有機多孔材料的單體多為電中性的，因此制備帶電荷的晶態有機多孔晶體材料并調節其對質子或電子的傳導率是一個挑戰。

　　 李斌課題組所制備的材料具有納米孔結構，而且其孔道的大小可以通過骨架中的平衡陰離子來調節。通過與東北師大臧宏瑛和朱廣山教授合作，將keggin型雜多酸磷鎢酸摻雜到骨架中，由于磷鎢酸表面豐富的氧位點，材料能保存大量的水形成氫鍵網絡，質子可以通過氫鍵網絡高速遷移，由此顯著地提升了材料對質子的傳導率。摻雜多酸后材料對質子的傳導率提高了三個數量級。而且材料的納米孔結構及其表面不均勻的電場分布對質子和電子具有局部的限域作用。通過調節孔道內的電場分布，可以改變材料對質子的傳導率。這類帶電荷的有機二維晶體材料將在有機半導體器件和光電傳感中具有潛在的應用價值。

圖1：（a）具有紅光發射的溴化乙錠單體的光學照片

（b）制備的二維有機多孔晶體材料的發射光譜

圖2：（a）二維有機晶體材料的合成方法示意圖

（b）材料的層狀堆積晶體示意圖

（c）材料側面堆積示意圖。

圖3：（a-c）材料在摻雜多酸后質子傳導率對比圖

（d）材料的活化能。