POSTECH 与 IBS 的合作成功观测到了导电二维聚合物中的超快电子

韩国浦项科技大学（POSTECH）化学系的 Kimoon Kim 教授、Ji Hoon Shim 教授、Yeonsang Lee 博士以及浦项科技大学物理系和基础科学研究所人工低维电子系统中心的 Jun Sung Kim 教授创造出了导电二维聚合物，其电子迁移率可与石墨烯媲美。国际化学期刊《化学》网络版对他们的研究进行了报道。

石墨烯被称为 “梦幻材料”，其电子迁移率是硅的140倍，强度是钢的200倍。然而，由于缺乏调节电流所必需的带隙*1，石墨烯无法用作半导体。研究人员一直在积极探索各种方法，以开发一种能显示石墨烯优异特性的半导体。其中一个很有前景的方法就是开发导电聚合物。研究人员正在探索具有融合芳香族骨架的导电聚合物，模仿石墨烯的化学结构，以期获得优异的性能。然而，由于生长中间体之间存在层间堆叠，阻碍了聚合物的正常生长，因此在合成过程中出现了一些难题。

在这项研究中，研究小组利用了化学结构与石墨烯相似的三氮杂硼烯，并在其外围引入了笨重的悬挂官能团。

通过引入这些悬垂基团的立体阻碍，研究小组成功地抑制了三氮杂硼烯单体聚合过程中二维聚合物中间体的堆叠。这增加了中间体的溶解度，促进了聚合度更高、缺陷更少的二维聚合物的合成，从而在掺杂 p 型物质*2 后获得出色的导电性。

值得注意的是，磁传输测量显示，有限 n 型载流子的相干多载流子传输显示出超过 3,200 cm2 V-1 s-1 的超高迁移率和超过 100 nm 的长相干长度，这与低温下迁移率低 25,000 倍的空穴载流子传输形成了鲜明对比。电子和空穴载流子传输之间的这种巨大差异归因于费米级附近空间上分离的电子态，该电子态由色散带和平坦带组成。

来自 POSTECH 的 Kimoon Kim 教授表达了这项研究的重要意义，他说：”我们在解决有机半导体面临的主要挑战–低电子迁移率以及在分子水平上控制电子和空穴的传导路径方面取得了突破。他补充说：”这项研究为提高包括电池和催化剂在内的各种工业应用的材料性能提供了启示”。

这项研究得到了韩国国家研究基金会、基础科学研究所（IBS）和马克斯-普朗克 POSTECH/KOREA 研究计划的支持。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.12.007

Observation of ultrafast electrons in pendant-embedded conducting two-dimensional polymers

1.带隙

指材料价带和导带之间的能量差。带隙大的材料是导电性差的电绝缘体，而带隙小的材料则可用作导体。具有中间带隙的材料被归类为半导体。

2.P 型掺杂

一种用于制造半导体材料的工艺，在半导体中有意 “掺杂 “杂质以提高其导电性。P 型是指引入正电荷载流子，即空穴。