在有机电子学中，芳香稠环是构成半导体和控制器件性能的基本单元，提供π-电子。而开发用于调节材料性质的新π骨架的主要挑战是现有化学方法的局限性。

近日，南开大学赵东兵教授，南方科技大学何凤副教授，北京化工大学Zhi-Guo Zhang报道了成功设计了两种具有不同硅原子位置的6元SiO桥联梯形π骨架的异构体。

文章要点

1）在SiO5T-5中，硅原子连接到两个噻吩基上，而在SiO5T-10中，硅原子连接到中心苯上。该设计可以为进一步开发高性能有机/聚合物半导体生产新的供体单元。

2）这两种骨架引起了研究人员的关注。首先，由于Si-π-O键的平均解离能大得多，因此，甲硅烷氧基桥接梯形π骨架的热稳定性更高。此外，根据基于Gauss09在B3LYP/6-31G(D)能级上对分子轨道进行的密度泛函理论(DFT)计算结果显示，Si−O桥显著改变了它们的C−O类似物的电子结构。与CO桥联的类似物相比，6元SiO桥联结构显著提高了π系统的平面度（10.9°vs.0°；8.5°vs.3.8°）。增强的平面构型将有利于电荷传输特性。此外，通过密度泛函理论计算预测的能级表明，SiO桥联的SiO5T-5和SiO5T-10比碳类似物具有更大的禁带宽度和更低的HOMO能级（E_HOMO）。

3）对于SiO5T-5和SiO5T-10的两个甲氧基桥连的π骨架，计算得出的SiO5T-5的E_LUMO/E_HOMO为-1.52/-5.07 eV，显着低于异构体SiO5T-10（E_LUMO/E_HOMO = -1.34/-4.98 eV），表明SiO5T-5中Si原子的σ*轨道与π骨架的π*轨道之间更强的相互作用。

4）在尝试使用两个甲硅烷氧基桥梯形π系统时，可能会面临一些巨大的挑战：1）如果起始材料中含有甲硅烷氧基桥，则可能会经常发生逆布鲁克重排；2）预计苯酚的不稳定性会导致难以制备甲硅烷氧基桥连的噻吩。研究人员解决了化学合成中的这些问题，并首次成功地获得了两个五环甲硅烷氧基桥接的π-共轭异构体SiO5Ts。此外，研究人员证明了将SiO桥结合到π共轭框架中，可以精确地调节π系统的光电性能和分子堆积，从而使聚合物太阳能电池（PSC）的器件效率达到了10％。为此，开发了两个新型的异构甲氧基硅烷桥连的A–D–A受体，其中包括我们开发的6元阶梯状SiO5T骨架作为中心供体单元和二氰基亚甲基衍生物作为受体端基。

Qin, Y., Chen, H., Yao, J. et al. Silicon and oxygen synergistic effects for the discovery of new high-performance nonfullerene acceptors. Nat Commun 11, 5814 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-19605-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19605-z