缺電子結構單元在n型聚合物的開發中起到至關重要的作用，但是目前在n型聚合物的開發中，可供選擇的缺電子結構單元的種類相對較少，這嚴重制約了其發展。氰基官能團具有強的吸電子能力，能夠有效地拉低分子的前線軌道能級，在缺電子結構單元的開發中被廣泛應用。南方科技大學郭旭崗教授團隊基于氰基功能化這一策略，開發了一系列新型缺電子結構單元及其聚合物半導體材料，報道了一系列原創性的工作（Adv. Mater. 2019, 1905161.; Adv. Mater. 2020, 32, 2001476.; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 4329.; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1539.; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202205315.; Adv. Mater. 2023, 2210847.）。
圖1. （a）氰基丁二烯類缺電子結構單元的設計策略，（b）該類缺電子結構單元及報道的氰基噻吩類結構單元的理論計算LUMO能級（基于自旋限制的密度泛函理論(DFT)，在B3LYP/6-31G(d)方法和基組下計算）。
圖2.氰基丁二烯類缺電子結構單元的合成路線（a），及其聚合物的分子式（b）。
圖3.模型分子的單晶結構。
得益于該類受體單元的強缺電子性質，它們的聚合物都具有深的LUMO能級（-3.94到-4.06 eV）和HOMO能級（-5.65到-5.79 eV），這有利于實現單一極性的電子傳輸，理論計算證明該類聚合物具有高度平面性，這和模型分子分析結果一致。作者將該類聚合物應用于薄膜場效應晶體管（OTFTs）器件，三個聚合物都表現出了單極性的電子傳輸，最高遷移率可以達到1.07 cm2 V-1 s-1（圖4）。
在該工作中，作者通過氰基功能化丁二烯及其衍生物，開發了一類結構簡單、合成方便且具有高度平面性的強缺電子結構單元，并基于它們開發了一系列新型的n型聚合物半導體材料。該工作不僅豐富了缺電子結構的種類，還為它們的開發提供了一種新的設計思路。
文章第一作者是南方科技大學博士后李建鋒博士和海南大學材料學院陳志才副教授，通訊作者為南方科技大學郭旭崗教授和海南大學陳志才副教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307647
