有机电化学晶体管（OECTs）在生物电子器件、有机电路和神经器件等领域具有广泛的应用前景，引起了有机电子领域的广泛关注。OECTs使用有机混合离子电子导体（OMIEC）作为沟道材料，具有化学信号转化为电信号的能力，能够检测生物细胞中的电位/离子信号，构建组织与电子设备间卓越的双向通信通道。 生物电子应用中必不可少的互补逆变器由p-型和n-型OECT器件组成。迄今为止，p-型OMIEC作为OECT的沟道材料表现出优异的混合离子/电子传输，μC*（μ：电荷迁移率；C*：体积电容）大于500 F cm-1 V-1 s-1，并且可以在非常低的阈值电压（VTh）下工作。然而，电子迁移率低和稳定性差限制了n-型OMIEC的性能，通常μC*小于30 F cm-1 V-1 s-1，且VTh偏大。因此，深入解析OMIEC化学结构和器件性能间的联系，开发兼具低阈值电压和高离子/电子传输能力的n-型OMIEC高分子，这对推进相关领域发展具有重要的科学意义。
近日，中国科学院长春应用化学研究所刘剑研究员团队联合韩国光州科学技术院Myung-Han Yoon教授课题组和天津大学邵书艳副教授，以噻唑-吡咯并吡咯二酮（Tz-DPP）为基本构建单元，通过Stille自聚和氧化直接芳基化合成了六种Tz-DPP均聚物，从区域化学和侧链工程的角度对两类高分子的OECT工作过程和器件性能进行了深入探究。 紫外-可见-近红外吸收光谱和二维掠入射广角X射线散射表明，sp2-N的位置对高分子主链的溶剂化和固态分子堆积有显著影响，PgTz-5-DPP更容易被六氟异丙醇溶剂化，固态下π堆积更紧密。热导纳光谱和光谱电化学表明，这种区域化学使PgTz-5-DPP表现出更好的共轭效率、更低的陷阱密度和更高的电化学掺杂效率。 通过调节寡聚乙二醇侧链的长度，分子堆积从edge-on取向转变为face-on取向，Pg5Tz-5-DPP凭借快速的离子注入和平衡的离子/电子传输，实现了最优的OECT性能，跨导为31.9 S cm-1，阈值电压为0.31 V，μC*为96.3 F cm-1 V-1 s-1。 随后他们将Pg5Tz-5-DPP与Pg2Tz-T配对构建了有机互补逆变器，在低于1V的工作电压下实现了创纪录的198 VV-1的高电压增益，并实现了对模拟心电信号的放大和记录。 论文信息 Regiochemistry and Side-Chain Engineering Enable Efficient N-Type Mixed Conducting Polymers Mingyu Ma, Linlong Zhang, Minhu Huang, Yazhuo Kuang, Hangyang Li, Huanzhou Yang, Tangqing Yao, Gang Ye, Shuyan Shao, Myung-Han Yoon, Jian Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424820
