[发明专利]具有光电性质氢键诱导有机共晶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于半导体材料领域，特别是具有光电性质氢键诱导有机共晶，共晶是由结构式(i)、(ii)、(iii)、(iv)中的任两个分子结合而成，结构如下式表示：其中R是任何一种易于形成氢键的适宜的基团，X是杂原子N、S、O、Se。本发明提供的具有光电性质氢键诱导有机共晶，合成方法简便，步骤少，产率高，不仅具有好的固态发光效率，还兼具较高的载流子传输性质，在光电器件领域具有很好的研究价值与应用前景。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，特别是具有光电性质氢键诱导有机共晶及其制备方法和应用。

背景技术

有机半导体材料因为具有分子结构可修饰、溶液加工性，可低成本大面积制备，在有机场效应晶体管、太阳能电池等光电器件领域具有广泛的应用。有机半导体材料多功能化开发的关键在于改善分子材料物理化学性质，通常采用三种手段。(1)有机合成。通过有机反应对材料骨架的扩展或者官能团的修饰，把特定功能的基团通过化学键连接起来而使材料产生新的性质。顾春玲等人在电子传输材料NDI的结构上引入一定数量的噻吩和苯并噻唑基团使化合物具有双极型传输性质。有机合成的方法虽然能从本质上改变分子的性质，但是一般需要复杂的合成步骤，并且对产物的分离提纯尤为繁琐。(2)化学掺杂。为了改善某种材料或物质的性能，有目的在这种材料或基质中，掺入少量其他元素或化合物，可以使材料产生特定的电学、磁学和光学等性能。郑剑耀等人将少量酸碱指示剂DAAQ掺入BPEA中，使得纳米线的发光具有酸碱气体检测的性能。(3)有机共晶。共晶是不同种类的分子间发生分子识别而形成的具有特定结构的分子有序组合体。朱道本等人利用具有空穴传输能力的噻吩大环化合物(DPTTA)分子为给体，以具有电子传输性质的7,7,8,8-四氰基喹啉二甲烷(TCNQ)为受体，制备的给受体共晶表现出较好的双极性传输性质。在共晶中分子排列高度有序、无晶界、结构缺陷少，为阐明有机共晶材料的本征性质提供了有利的契机。

有机共晶通过不同组分间的协同和集合效应，使得有机共晶展现出更多新颖优异的光电性质，为单晶材料与器件的多功能化发展提供了新的研究思路与方向。

现有技术中，基于给体受体之间能形成电荷转移或者静电等强烈的相互作用的共晶材料。例如，二苯并四硫富瓦烯(dibenzotetrathiafulvalence,DBTTF)，与电子受体7,7,8,8-四氰基喹啉二甲烷(TCNQ)。二者的电荷转移复合物(DBTTF-TCNQ)理论计算具有双极性传输性能，2013年中科院苏州纳米所潘革波研究员，通过溶液界面沉淀制备了共晶，场效应器件测得电子迁移率为0.04cm²V^-1s^-1,空穴迁移率为0.13cm²V^-1s^-1。DBTTF-TCNQ共晶虽然具有双极性传输的性质，但是其共晶材料颜色为黑色，固态发光效率基本为零。

英国剑桥大学Jones课题组借助氢键和卤键等非共价键弱相互作用，使得氰基取代寡聚苯乙烯撑与间苯二酚、卤代苯、苯甲酸等衍生物通过机械研磨法形成共晶材料，得到多个有机共晶材料，具备较好的固态发光量子效率，并且可以通过改变共结晶的小分子单元(苯二酚、卤代苯、苯甲酸衍生物)来调节的荧光发射峰的位置。该晶体具备较好的固态发光量子效率，但是不具备电荷传输能力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种具有光电性质氢键诱导有机共晶，兼具高效发光与电荷传输能力的晶体材料。

具体的技术方案为：

一种具有光电性质氢键诱导有机共晶，共晶是由结构式(i)、(ii)、(iii)、(iv)中的任两个分子结合而成，结构如下式表示：

其中R是任何一种易于形成氢键的适宜的基团，如羧基、氨基、氰基、羟基等，R基团的个数可以是一个、两个、三个、四个、五个。R在苯环上的取代基位置可以是邻、间、对位。X可以是杂原子N、S、O、Se。

具有光电性质氢键诱导有机共晶的制备方法，包括以下步骤：