【儀表網 研發快訊】近日，北京大學深圳研究生院新材料學院王明超助理教授課題組聯合德國馬克斯·普朗克研究所、德累斯頓工業大學及保加利亞索非亞大學，成功開發了一種具有方形晶格的給體-受體型二維聚亞芳基亞乙烯(2D PAV)材料。該材料展現出電子主導的傳輸特性，能夠在室溫下高效檢測二氧化硫(SO?)，檢測限低至約0.1ppb。相關研究成果以“A Donor-Acceptor-Type Two-Dimensional Poly(arylene vinylene)for Efficient Electron Transport and Sensitive Chemiresistors”為題，發表于國際學術期刊《應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)。
圖1 論文發表截圖
二維共軛聚合物及其層堆疊的二維共軛共價有機框架(如二維聚亞芳基亞乙烯)作為一種潛力巨大的聚合物半導體材料，近年來在光/電子器件和光催化領域展現了廣闊的應用前景。然而，如何實現窄光學帶隙和高效的電子傳輸依然是提升該類材料器件性能的關鍵挑戰。
該研究通過二維縮聚反應，成功合成了一種新型給體-受體型二維聚亞芳基亞乙烯材料。該材料的給體單元為噻吩-苯并二噻吩，受體單元為s-茚滿-1,3,5,7(2H,6H)-四酮。得益于層內給體-受體協同效應，該材料的光學帶隙降至1.15eV，低于目前報道的二維共軛聚合物框架材料。通過密度泛函理論計算，研究發現該材料具有獨特的電子主導傳輸特性：其導帶最小值的高度分散使得電子的有效質量僅為空穴的一半。
圖2 材料設計與合成思路
太赫茲光譜測試表明，在室溫下該材料的本征載流子遷移率為26cm²V?¹s?¹。憑借其缺電子特性(能夠高效捕捉有害氣體中的電子)及電子主導的高遷移率傳輸特性，研究人員進一步構建了基于該材料的化學電阻式電子傳感器，能夠在室溫下高效檢測SO?，檢測限低至0.088ppb，這一突破為大氣污染物監測提供了新的技術方案。
王明超與德國德累斯頓工業大學馮新亮教授、Gianaurelio Cuniberti教授共同擔任論文通訊作者。
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