長(zhǎng)春光機(jī)所研制出首例帶電荷的有機(jī)二維多孔晶體發(fā)光材料

　　近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李斌所帶領(lǐng)的課題組自主設(shè)計(jì)了具有紅光發(fā)射的帶有正電荷的溴化乙錠有機(jī)單體，在國(guó)際上首次制備出帶電荷的有機(jī)二維多孔晶體骨架材料，該材料在有機(jī)半導(dǎo)體器件和光電傳感等領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾膽?yīng)用前景。上述研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際化學(xué)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc.,2016, DOI: 10.1021/jacs.5b13490）上，第一作者為助理研究員馬和平，該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(fā)現(xiàn)極大地推動(dòng)了二維材料的發(fā)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(dǎo)體器件中的應(yīng)用。與石墨烯相比，二維層狀半導(dǎo)體材料與生俱來(lái)的天然帶隙結(jié)構(gòu)使它們?cè)谖㈦娮蛹肮怆娮宇I(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。其中二維層狀有機(jī)多孔晶體材料由于具有豐富的有機(jī)發(fā)光官能團(tuán)、可調(diào)節(jié)的光電子遷移率和優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)使其在光電傳感、有機(jī)半導(dǎo)體器件、場(chǎng)效晶體管和有機(jī)太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用空間。但是由于所合成有機(jī)多孔材料的單體多為電中性的，因此制備帶電荷的晶態(tài)有機(jī)多孔晶體材料并調(diào)節(jié)其對(duì)質(zhì)子或電子的傳導(dǎo)率是一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　李斌課題組所制備的材料具有納米孔結(jié)構(gòu)，而且其孔道的大小可以通過骨架中的平衡陰離子來(lái)調(diào)節(jié)。通過與東北師大教授臧宏瑛和朱廣山合作，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(diǎn)，材料能保存大量的水形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，質(zhì)子可以通過氫鍵網(wǎng)絡(luò)高速遷移，由此顯著地提升了材料對(duì)質(zhì)子的傳導(dǎo)率。摻雜多酸后材料對(duì)質(zhì)子的傳導(dǎo)率提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。而且材料的納米孔結(jié)構(gòu)及其表面不均勻的電場(chǎng)分布對(duì)質(zhì)子和電子具有局部的限域作用。通過調(diào)節(jié)孔道內(nèi)的電場(chǎng)分布，可以改變材料對(duì)質(zhì)子的傳導(dǎo)率。這類帶電荷的有機(jī)二維晶體材料將在有機(jī)半導(dǎo)體器件和光電傳感中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。