北京大学深研院新材料学院王明超团队发表研究成果揭示二维共轭聚合物电子传感器新进展
2025/04/28
102近日，北京大学深圳研究生院新材料学院王明超助理教授课题组联合德国马克斯·普朗克研究所、德累斯顿工业大学及保加利亚索非亚大学，成功开发了一种具有方形晶格的给体-受体型二维聚亚芳基亚乙烯（2D PAV）材料。该材料展现出电子主导的传输特性，能够在室温下高效检测二氧化硫（SO?），检测限低至约0.1ppb。相关研究成果以“A Donor-Acceptor-Type Two-Dimensional Poly（arylene vinylene）for Efficient Electron Transport and Sensitive Chemiresistors”为题，发表于国际学术期刊《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。
图1 论文发表截图
二维共轭聚合物及其层堆叠的二维共轭共价有机框架（如二维聚亚芳基亚乙烯）作为一种潜力巨大的聚合物半导体材料，近年来在光/电子器件和光催化领域展现了广阔的应用前景。然而，如何实现窄光学带隙和高效的电子传输依然是提升该类材料器件性能的关键挑战。
该研究通过二维缩聚反应，成功合成了一种新型给体-受体型二维聚亚芳基亚乙烯材料。该材料的给体单元为噻吩-苯并二噻吩，受体单元为s-茚满-1,3,5,7(2H,6H)-四酮。得益于层内给体-受体协同效应，该材料的光学带隙降至1.15eV，低于目前报道的二维共轭聚合物框架材料。通过密度泛函理论计算，研究发现该材料具有独特的电子主导传输特性：其导带最小值的高度分散使得电子的有效质量仅为空穴的一半。
图2 材料设计与合成思路
太赫兹光谱测试表明，在室温下该材料的本征载流子迁移率为26cm2V?1s?1。凭借其缺电子特性（能够高效捕捉有害气体中的电子）及电子主导的高迁移率传输特性，研究人员进一步构建了基于该材料的化学电阻式电子传感器，能够在室温下高效检测SO?，检测限低至0.088ppb，这一突破为大气污染物监测提供了新的技术方案。
王明超与德国德累斯顿工业大学冯新亮教授、Gianaurelio Cuniberti教授共同担任论文通讯作者。
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