Estratégia de dopagem dupla sequencial: melhoria sinérgica da condutividade de polímeros conjugados

Duo Liu ,  

Zhong-xiang Peng ,  

Yan-chun Han ,  

摘要

Polímeros conjugados, devido às suas vantagens de leveza, flexibilidade e processabilidade em solução, apresentam amplas perspectivas de aplicação nas áreas de conversão termelétrica e eletrônica flexível, sendo o dopagem uma estratégia chave para alcançar alta condutividade elétrica. No entanto, o dopagem molecular única frequentemente dificulta equilibrar a concentração de portadores de carga e a ordem estrutural. Este estudo propõe uma estratégia de dopagem dupla sequencial, usando o poli(3-hexiltiofeno-2,5-diileno) (P3HT) como sistema modelo, em que (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracianobenzenodimetano) (F4TCNQ) é pré-inserido no polímero, seguido por uma dopagem redox profunda com FeCl3. Os resultados mostram que a pré-dopagem com F4TCNQ expande o espaçamento das cadeias laterais alquil do polímero enquanto mantém a ordem estrutural, criando um canal favorável para a difusão do FeCl3 e transferência de carga; com a segunda dopagem de FeCl3, FeCl3, de maior poder oxidante, substitui parcialmente o F4TCNQ, e os filmes duplamente dopados mantêm alta cristalinidade, alcançando uma distância π-π empilhada mais compacta e uma orientação molecular estável. A dopagem dupla sequencial promove a transição de polarons para bipolarons, reduz a densidade de spin, e tanto a concentração quanto a mobilidade dos portadores são superiores aos sistemas de dopagem única. Em condições ideais, a condutividade dos filmes P3HT duplamente dopados atinge 595,9 S/cm, que é 10,6 e 9,4 vezes maior que os filmes dopados apenas com FeCl3 e F4TCNQ, respectivamente. A estratégia proposta de "primeiro otimização estrutural, depois dopagem profunda" oferece um caminho eficaz para alcançar alta condutividade em polímeros conjugados.

关键词

polímeros conjugados;poli(3-hexiltiofeno-2,5-diileno);dopagem dupla sequencial;F4TCNQ;FeCl3

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