Use of side-chain for rational design of n-type diketopyrrolopyrrole-based conjugated polymers: what did we find out?

文献情報

出版日 2014-07-14
DOI 10.1039/C4CP02322F
インパクトファクター 3.676
著者

Catherine Kanimozhi, Nir Yaacobi-Gross, Edmund K. Burnett, Alejandro L. Briseno, Thomas D. Anthopoulos, Ulrike Salzner, Satish Patil


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要旨

The primary role of substituted side chains in organic semiconductors is to increase their solubility in common organic solvents. In the recent past, many literature reports have suggested that the side chains play a critical role in molecular packing and strongly impact the charge transport properties of conjugated polymers. In this work, we have investigated the influence of side-chains on the charge transport behavior of a novel class of diketopyrrolopyrrole (DPP) based alternating copolymers. To investigate the role of side-chains, we prepared four diketopyrrolopyrrole–diketopyrrolopyrrole (DPP–DPP) conjugated polymers with varied side-chains and carried out a systematic study of thin film microstructure and charge transport properties in polymer thin-film transistors (PTFTs). Combining results obtained from grazing incidence X-ray diffraction (GIXD) and charge transport properties in PTFTs, we conclude side-chains have a strong influence on molecular packing, thin film microstructure, and the charge carrier mobility of DPP–DPP copolymers. However, the influence of side-chains on optical properties was moderate. The preferential “edge-on” packing and dominant n-channel behavior with exceptionally high field-effect electron mobility values of >1 cm2 V−1 s−1 were observed by incorporating hydrophilic (triethylene glycol) and hydrophobic side-chains of alternate DPP units. In contrast, moderate electron and hole mobilities were observed by incorporation of branched hydrophobic side-chains. This work clearly demonstrates that the subtle balance between hydrophobicity and hydrophilicity induced by side-chains is a powerful strategy to alter the molecular packing and improve the ambipolar charge transport properties in DPP–DPP based conjugated polymers. Theoretical analysis supports the conclusion that the side-chains influence polymer properties through morphology changes, as there is no effect on the electronic properties in the gas phase. The exceptional electron mobility is at least partially a result of the strong intramolecular conjugation of the donor and acceptor as evidenced by the unusually wide conduction band of the polymer.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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