近日，天津大学-新加坡国立大学福州联合学院（以下简称天大新国大学院）21级博士生庞鹏飞以第一作者在国际顶级化学期刊《Journal of the American Chemical Society》（JACS）发表透明导电聚合物领域最新研究成果。

背景介绍

透明导电材料在显示器、柔性电子及光电器件中具有重要应用，但对于聚合物体系而言，实现高导电性与高透明性的统一始终是一个核心难题。传统绝缘聚合物虽然透明，但不具备导电性；而共轭导电聚合物由于π共轭结构会在可见光区域产生强吸收，导致材料呈现明显颜色，从而降低透明性。PEDOT:PSS和n-PBDF是目前透明导电聚合物的代表，但是它们在红外区有很强的吸收，限制了宽谱透明性能的实现。

研究思路

针对上述问题，天津大学耿延侯教授、天津大学/天津大学福州国际联合学院邓云峰教授、新加坡国立大学池春彦教授，联合天津大学纪德洋教授以及南京理工大学相恒阳教授提出了一种基于羰基封端醌式结构的分子设计策略，联合学院21级博士生庞鹏飞为第一作者。通过调控共轭体系的能带结构，将材料的吸收从可见光区域红移至短波红外区域，从而在视觉上实现“透明”特性。该工作通过发展新的醌式单元合成方法，结合n型掺杂，实现透明与导电性能的协同优化。

研究内容

研究团队设计并合成了一种新型n型共轭聚合物PBT。该材料在本征状态下主要在红外区域（~1000 nm）吸收，而在可见光区域吸收极弱，使薄膜呈现近乎无色状态。掺杂后，材料实现了300–2500 nm范围内的宽光谱高透明性，最大透过率可达98%，同时电导率达到105.4 S·cm⁻¹ 。掺杂分子主要分布在侧链区域而不破坏主链π–π堆积结构，且极化子在共轭骨架上具有良好离域性，从而保证了高效电荷输运。此外，该材料还表现出优异的显色指数（CRI>99.5）及较好的热电性能，体现出其综合性能优势。

应用

该材料在多种光电器件中展现出良好的应用潜力。例如，基于PBT构建的有机薄膜晶体管阵列可实现880–1200 nm范围内的红外光响应与成像功能，在保持可见光透明的同时实现红外视觉扩展。此外，该材料可用于透明光电器件（如智能眼镜）以及透明热电器件，在能量转换与柔性电子系统中具有潜在应用价值。

总结

本研究通过羰基封端醌式化合物合成方法的基础上，提出了一种低带隙共轭聚合物设计新策略，实现了高电导率与宽光谱透明性的统一。该工作为透明电子材料的设计提供了新的思路，并为未来柔性、可穿戴及透明光电器件的发展奠定了重要基础。

联合学院持续深化中新联合培养机制，依托国际化科研平台与高水平导师团队，着力提升研究生科研创新能力与国际学术视野。庞鹏飞以第一作者在JACS发表高水平成果，是学院研究生培养质量的有力体现，为柔性电子、光电信息等领域高层次创新人才培养树立了典型示范。

文献详情

题目：n-Type Conjugated Polymer Based on a Carbonyl-Terminated Quinoidal Unit for Transparent Conductor

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：https://doi.org/10.1021/jacs.5c20042