[发明专利]有机聚合物半导体材料及其制备方法和应用

说明书

本公开实施例提供的有机聚合物半导体材料及其制备方法和应用，有机聚合物半导体材料的结构式为‑[Te(Rsubgt;2/subgt;)‑O]subgt;n/subgt;‑，n≥2，R‑为疏水链段‑(CHsubgt;2/subgt;)x‑，X为0～21。制备方法包括：将含碲单体，通过界面聚合、水解聚合或电化学聚合的方式制备得到所述有机聚合物半导体材料。所述应用为所述有机聚合物半导体材料在光催化领域的应用。本公开实施例基于碲元素的光刺激响应性，在调控有机聚合物分子结构的同时，制备了多种聚碲氧烷半导体材料，该此类半导体材料能够在光照条件下实现可控可调、选择性良好、副反应少、后处理便捷的光催化过程且催化效率已达到商用光催化剂二氧化钛的指标，具有广阔的工业化前景。

技术领域

本公开涉及有机半导体材料领域，具体涉及一种有机聚合物半导体材料及其制备方法和应用。

背景技术

半导体材料经历了许多年的发展与拓展，已成为当代社会必不可少的一部分。半导体材料能够在外界光、电、热、机械力等条件的刺激下，获取外部能量诱导材料产生电子与空穴，进而满足后续的物理、化学、生物或电子应用。目前，半导体材料已融入工业发展的方方面面，在集成电路、工业催化、抗菌抗污、水体净化等多个领域均占据着重要的地位。传统的半导体材料多为无机半导体材料，例如单晶硅、二氧化钛、砷化镓、碳化硅等。然而，传统半导体材料存在一系列亟待改进的不足之处。首先，传统无机半导体材料需要高纯度的晶体结构，其制备过程对生产环境有极高的要求；其次，传统无机半导体材料为满足实际应用场景通常需要掺杂改性调控其能级结构，常用的手段有高温扩散、离子注入、外延生长原位掺杂、中子辐射轰击掺杂等，此类方法对技术及反应环境均有很高的要求；其次，传统无机半导体材料存在加工困难的挑战，无机半导体材料具有硬而脆的物理性质且密度较大，难以工业化成膜或按特定形状加工。

有机聚合物半导体材料是一类新的半导体材料。与传统无机半导体材料的周期性晶体结构不同，其多样化的高分子结构赋予了有机聚合物半导体许多独特的优势。首先，不同于传统无机半导体材料结晶生长的制备过程，有机聚合物半导体材料可以通过高分子聚合的方式制得，相关有机原料容易获得、价格低廉且该过程具有显著的动力学优势。其次，有机聚合物半导体材料可通过化学手段调控其有机侧链的方式改变材料的整体结构，进而调控半导体材料的能级结构，相比于无机半导体材料采用的物理手段更适合工业化大规模生产。其次，有机聚合物半导体材料可采用高分子材料成型的工艺进行加工，例如热压成型、溶剂成型、旋涂等，工艺简单多样且有利于器件的大面积制备。不仅如此，高分子材料具有密度低、柔韧性高的优势，基于有机聚合物半导体能够制备高集成度的可穿戴柔性材料。然而，现阶段，有机聚合物半导体材料的发展也存在一定的挑战。首先，有机聚合物半导体材料多为含有杂原子的共轭结构，此类结构存在稳定性不足的问题，容易在使用过程中发生副反应破坏材料的结构。其次，有机聚合物半导体材料多采用阳离子聚合的方法进行制备，制备方式较为单一，难以满足日益多样化复杂化的工业生产。因此，发展新型有机聚合物半导体材料并拓展其相关应用解决现阶段半导体材料中的挑战，同时推进集成电路、新型催化剂、智能可穿戴材料等多个重要领域的发展。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的有机聚合物半导体材料，具体为聚碲氧烷半导体材料，是一类全新的有机聚合物半导体材料，基于其高分子材料骨架中的碲氧化学键，具有半导体性质，能够在光子激发下在材料中产生光致电子及空穴。本公开第一方面实施例提供的有机聚合物半导体材料的结构式为-[Te(R₂)-O]_n-，其中：重复单元为-Te(R₂)-O-，n为重复单元数，n为大于或等于2的整数；R-为疏水链段-(CH₂)x-，X为重复单元数，X为0～21的正整数。

本公开第一方面实施例提供的有机聚合物半导体材料，具有以下特点及有益效果：