近日，《自然》發表了一項研究，華南理工大學黃飛教授、曹鏞院士、馬於光院士與南方科技大學和北京大學的團隊合作，提出了一種將氧化聚合和還原摻雜相結合的方法，通過一鍋法簡易制備出高導電n型聚合物——聚苯并二呋喃二酮(PBFDO)。該聚合物具有創紀錄的電導率，并且具有優異的空氣穩定性，在無須額外的側鏈或表面活性劑的情況下可以通過與溶劑的強相互作用實現良好的溶解性和溶液加工性。
此外，黃飛團隊證明了在該聚合物中存在相干電荷輸運以及類似金屬的泡利磁矩和電磁屏蔽等特性。該材料在n型有機電化學晶體管和熱電發電機器件中展現出優異的性能，從而為這種n型導電高分子在有機電子學中的應用鋪平了道路。
導電聚合物已經在太陽能電池、傳感器和一些顯示技術中得到了廣泛應用。但目前已報道的絕大部分高性能導電聚合物展現出空穴占主導的傳輸特性(p型)，而n型導電聚合物的發展遠遠落后，主要表現為摻雜效率較低以及穩定性較差。
為了實現高性能的n型導電聚合物，黃飛及其團隊經過對聚合反應以及摻雜進程精心設計，利用醌類氧化劑可逆的氧化還原特性，在以四甲基苯醌為氧化劑的條件下，首先利用氧化反應實現苯并二呋喃二酮前驅體的脫氫聚合。隨著聚合程度的提高，生成聚合物的最低未占據軌道(LUMO)能級會顯著降低，而生成的四甲基氫醌又具有一定的還原性，從而在氧化聚合過程中同步實現對聚合物的還原性n型摻雜。
此外，帶電的共軛骨架和溶劑之間的強相互作用使無側鏈的PBFDO具有良好的溶解性。基于其超高的n型電導率和優良的環境穩定性，PBFDO在熱電器件和有機電化學晶體管的應用上展示了良好的應用前景，有望通過進一步的工藝改進實現市場化應用。
據了解，目前，用于制備高導電率n型聚合物的單體高純度苯并二呋喃二酮已在企業實現批量生產和銷售。(記者朱漢斌 通訊員盧慶雷)
