分子掺杂——使用氧化还原活性小分子作为有机半导体掺杂剂——在传感、生物电子和热电领域等应用推动下,引起广泛的研究兴趣。然而,分子掺杂会带来一些直接源于这些材料的氧化还原活性特性的固有问题。最近的一项突破是基于离子交换的掺杂技术,它将掺杂过程的氧化还原和电荷补偿步骤分开。近日,剑桥大学Henning Sirringhaus等研究了模型系统(poly(2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno(3,2-b)thiophene)(PBTTT)掺杂FeCl3和离子液体)离子交换掺杂的平衡和动力学,达到超过 1000 S cm-1 的电导率和 99% 以上的离子交换效率。
本文要点:
1)作者证明了实现如此高性能的几个关键因素,包括选择乙腈作为掺杂溶剂,这在很大程度上消除了电解质结合效应并显著提高了 FeCl3 的掺杂强度。
2)这种高离子交换效率方案说明了电化学掺杂和离子交换之间的联系,并且表明高掺杂 PBTTT 的性能和稳定性最终受到高氧化还原电位下固有的稳定性差的限制。
该工作为离子交换掺杂共轭聚合物中电荷传输的基础研究铺平了道路。
Ian E. Jacobs, et al. High-Efficiency Ion-Exchange Doping of Conducting Polymers. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202102988