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长春光机所研制出首例带电荷的有机二维多孔晶体发光材料
2016-05-24 李 斌
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    近日,中科院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室李斌研究员所带领的课题组自主设计了具有红光发射的带有正电荷的溴化乙锭有机单体,在国际上首次制备出带电荷的有机二维多孔晶体骨架材料,该材料在有机半导体器件和光电传感等领域将具有重要的应用前景。上述研究结果发表在国际化学领域著名的期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.5b13490,影响因子12.1)上,第一作者为助理研究员马和平博士,该工作得到了国家自然科学基金项目的资助。 

  二维层状材料是近些年兴起的一类新兴材料。尤其是2004年,单原子层石墨烯的发现极大地推动了二维材料的发展,使其迅速成为研究前沿。然而由于石墨烯几乎没有能隙,限制了其在半导体器件中的应用。与石墨烯相比,二维层状半导体材料与生俱来的天然带隙结构使它们在微电子及光电子领域具有极大的应用潜力。其中二维层状有机多孔晶体材料由于其具有丰富的有机发光官能团、可调节的光电子迁移率和优异的光电转化性质使其在光电传感、有机半导体器件、场效晶体管和有机太阳能电池等领域有着广泛的应用空间。但是由于所合成有机多孔材料的单体多为电中性的,因此制备带电荷的晶态有机多孔晶体材料并调节其对质子或电子的传导率是一个挑战。

    李斌课题组所制备的材料具有纳米孔结构,而且其孔道的大小可以通过骨架中的平衡阴离子来调节。通过与东北师大臧宏瑛和朱广山教授合作,将keggin型杂多酸磷钨酸掺杂到骨架中,由于磷钨酸表面丰富的氧位点,材料能保存大量的水形成氢键网络,质子可以通过氢键网络高速迁移,由此显著地提升了材料对质子的传导率。掺杂多酸后材料对质子的传导率提高了三个数量级。而且材料的纳米孔结构及其表面不均匀的电场分布对质子和电子具有局部的限域作用。通过调节孔道内的电场分布,可以改变材料对质子的传导率。这类带电荷的有机二维晶体材料将在有机半导体器件和光电传感中具有潜在的应用价值。

 

  图1:(a)具有红光发射的溴化乙锭单体的光学照片

  (b)制备的二维有机多孔晶体材料的发射光谱

 

  图2:(a)二维有机晶体材料的合成方法示意图

b)材料的层状堆积晶体示意图

c)材料侧面堆积示意图。

 

  图3:(a-c)材料在掺杂多酸后质子传导率对比图

d)材料的活化能。

    文章链接: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b13490 

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