过去二十年中，窄带隙共轭聚合物因其在聚合物太阳电池(PSCs)、有机场效应晶体管(OFETs)、有机光电探测器(OPD)等光电子器件中的应用而引起了人们极大的关注。给体-受体（D-A）策略被广泛用于设计窄带隙共轭聚合物，通过改变给体的给电子能力和(或)受体的受电子能力，可以对共轭聚合物的前沿分子轨道能级实现精细化调控。醌式结构可以减小碳-碳键的键长变化，使相邻芳香单元的碳-碳单键表现出更强的双键特征。因此，设计并合成新型的醌式受体单元在实现高性能的（特别是近红外应用）给体-受体型窄带隙共轭聚合物中具有重大的研究价值。然而，醌式结构在一定程度上存在着稳定性问题，大大限制了其在窄带隙共轭聚合物中的应用。因此，设计并合成可应用于共轭聚合物的稳定醌式受体极具挑战性。

结合量子化学模拟计算和化学路线设计，本论文成功将醌式噻吩[3,2-b]噻吩插入至传统受体异靛蓝单元中。合成的新型醌式受体单元不仅具有中等的双自由基性质能够稳定存在，而且相比于传统的异靛蓝单元受电子能力更强。理论计算和实验表明，醌式结构的引入促使共轭聚合物具有更加平面的分子结构和更窄的光学带隙。在有机场效应晶体管器件中，含醌式噻吩[3,2-b]噻吩的窄带隙共轭聚合物体现了优异的器件性能。更为重要的是，本论文提出的利用三线态和单线态的能级差作为醌式结构稳定性的判据，可以用来指导合成更多具有优异光电性能的窄带隙共轭聚合物。

图 1. (A) 靛蓝、醌式单体及其聚合物的化学结构；（B）紫外-可见光吸收光谱；（C）有机场效应晶体管的转移曲线；（D）聚合物薄膜的2D-GIXD图。

Abstract:A new quinoidal acceptor building block (namelyIQTT) is designed with directed diradical character to control andnarrow the bandgap while good chemical stability is maintainedwith the assistance of quantum mechanics simulations. ThenIQTT-based monomer and donor-acceptor (D-A) polymer(PIQTT) are synthesized as well as the isoindigo-based (IID)monomer and D-A polymer (PITT). It is found that the IQTTbuilding block displays stronger electron-withdrawing ability andmore planar backbone conformation than IID in the copolymers.Both IQTT-based monomer and PIQTT exhibit significantly redshifted absorption compared to their IID-based counterparts. Inthe solid state, PIQTT exhibits the superior thin film order and adecent field-effect transistor mobility. This work not only showsthat IQTT is an excellent building block for organic electronics but also indicates that the quantum chemical simulation toolthat developed in diradicaloid studies is a powerful approach to design novel quinoidal narrow-bandgap D-A conjugatedpolymers for organic electronics.

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b00370