冯新亮JACS：高迁移率p型掺杂的二维共轭共价有机骨架

Nanoyu

2020-12-18

二维共轭共价有机骨架（2Dc-COFs）是一类独特的用于(光电)电子和储能的二维半导体共轭聚合物。掺杂是一种常见有效控制电荷载流子传输特性的策略之一，但目前，人们尚未揭示有关COF的掺杂机制。

近日，德国德累斯顿工业大学冯新亮教授，Renhao Dong，西班牙IMDEA Nanociencia的Enrique Cánovas报道了一种金属−酞菁基吡嗪连接的2Dc-COFs的分子碘掺杂。

文章要点

1）研究人员将深绿色ZnPc-pz粉末置于I₂蒸气中，在真空下50 °C加热，除去多余的I₂，合成了2D c-COFs ZnPc-pz-I₂。通过重量和热重分析估计，所生成的黑色样品含有9−10 wt% I₂，相当于每个结构单元几乎一个I2分子（C₈₀H₅₂N₁₆Zn·I₂）。此外，研究人员展示了所计算的不同结构构型图案：I₂@1、I₂@2、I₂@3、I₂@4和I₂@5，它们分别与位于孔中心、靠近骨架、在多孔骨架上、在金属上或在芘单元上的I₂分子相关。

2）所得到的2D c-COFs ZnPc-pz-I₂保持了其结构的完整性，同时，得益于载流子浓度的提高，ZnPc-pz-I₂的电导率提高了3个数量级。值得注意的是，霍尔效应测量显示，ZnPc-pz-I₂的载流子迁移率提高到22 cm2 V^-1 s^-1，是目前2Dc-COFs在直流和交流极限下的最高值。

3）研究人员认为，这种在掺杂后迁移率大大增加的独特输运现象可以追溯到自由电荷载流子散射时间的增加，这表明掺杂减轻了载流子迁移率限制的散射机制。

研究工作为如何评估COFS中的掺杂效应提供了指南，并强调了2D c-COFs对新型(光)电子器件的高导电性和高迁移率的应用潜力。

参考文献

Mingchao Wang, et al, High-Mobility Semiconducting Two-Dimensional Conjugated Covalent Organic Frameworks with p‑Type Doping, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10482

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c10482