近年来，n型半导体聚合物的开发因受体单元设计受限而进展缓慢，其电子迁移率（μe）普遍低于5 cm2V-1 s-1，显著落后于p型聚合物（μh > 10 cm2V-1 s-1）。郭旭岗团队以BTI的二聚体为聚合单元的体系，能够实现为μe = 1.13 cm2V-1 s-1的迁移率，并实现6.85%的光电转换效率，在当时取得全聚合物太阳能电池的重大进步。Michinobu团队开发了一种基于乙烯基桥联的苯并噻二唑二聚体（BBTE）的n型半导体聚合物，基于更深的LUMO能级和氢键导致的良好的分子有序堆积，获得了高达4 cm2V-1 s-1的电子迁移率。现有“受体二聚化”策略虽通过扩大共轭体系提升了LUMO能级深度，但仍面临两大瓶颈：（1）带隙收窄导致HOMO能级升高（-5.0~-5.5 eV），阻碍单极性n型传输；（2）受体二聚体单元（如苯并噻二唑衍生物）因侧链立体位阻或连接基团扭转（二面角达55°），导致骨架非平面化及π-π堆积距离增大，限制了电荷传输效率，不利于器件性能的进一步突破。此次报道的新工作正是在此基础上，通过创新性去除侧链并引入杂原子协同策略，解决了前续研究中的关键矛盾。
近期，宁波工程学院新能源学院联合复旦大学聚合物分子工程全国重点实验室、国家纳米科学与技术中心纳米系统与多级次制造重点实验室、中科院宁波材料所、中科院化学研究所，在Advanced Functional Materials期刊发表题为“High-Performance n-Type Semiconducting Polymers via Synergistic Heteroannulated Acceptor Dimerization and Direct Arylation Polymerization”的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202503339），新能源学院的陈少杰老师为共同通讯作者。
该工作的创新点在于：（1）创新分子设计范式：提出了杂环受体二聚化策略，通过协同整合杂原子取代和受体二聚化，实现了对HOMO/LUMO能级的精细调控，同时增强了分子间相互作用，为n型半导体聚合物的设计提供了新概念框架。（2）新型缺电子构筑模块：开发出了噻吩侧双(苯并[d][1,2,3]三唑)乙烷（BBNE-H）和双(苯并[c][1,2,5]恶二唑)乙烷（BBOE-H）两种新型缺电子构筑模块。这些模块通过去除侧翼噻吩单元中的侧烷基链，显著提高了骨架平面性，特别是BBOE-H单元表现出更低的HOMO/LUMO水平，归因于噁二唑分子的电子缺陷增加。（3）高性能共聚物合成：利用改进的钯(0)/铜(I)共催化直接芳基化聚合（DArP）方案，成功合成了两种新的受体-受体（A-A）共聚物pN-BBNE-H和pN-BBOE-H，优化的DArP能够获得与Stille聚合分子量相当的聚合物。其中，pN-BBOE-H共聚物展现出独特的电子和结构特性组合，包括低位HOMO和LUMO水平、超平面骨架、高堆积有序性以及显著缩短的π-堆积距离。（4）卓越的性能表现：pN-BBOE-H共聚物在OTFT中显示出卓越的单极n型电荷传输性能，电子迁移率高达11.2 cm2V-1 s-1，这是迄今为止报道的单极n型聚合物中最高的电子迁移率之一。这一成果不仅证明了杂环受体二聚化策略的有效性，还为高性能n型半导体聚合物的合理设计开辟了新途径。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202503339
