Asymmetric side-chain engineering of organic semiconductor for ultrasensitive gas sensing

烷基 堆积 分子工程 有机半导体 单层 侧链 材料科学 轨道能级差 半导体 化学 溶解度 支化(高分子化学) 化学物理 纳米技术 分子 有机化学 聚合物 光电子学
作者
Xiaoying Ma,Xiaojuan Dai,Lanyi Xiang,Jiajun Chang,Danfeng Zhi,Haozhen Zhao,Zhenjie Ni,Ye Zou,Xike Gao,Fengjiao Zhang
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:35 (3): 108734-108734 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2023.108734
摘要

Molecular structure of organic semiconductor plays a critical role in determining the performance and functionality of organic electronic devices, by optimizing the electrical, optical and physicochemical properties. Substituted alkyl chains are fundamental units in tailering the solubility and assemblability, among which the asymmetric properties have been reported as key element for controlling the packing motifs and intrinsic charge transport. Here, we expanded the scope of molecular asymmetry dependent sensing features based on a new series of naphthalene diimides (NDI)-based derivatives substituted with a same branching alkyl chain but various linear-shaped alkyl chains (Cn-). A clear molecular stacking change, from head-to-head bilayer to head-to-tail monolayer packing model, is observed based on the features of anisotropic molecular interactions with the change in the chain length. Most importantly, a unique LUMO level shift of 0.17 eV is validated for NDI-PhC4, providing a record sensitivity up to 150% to 0.01 ppb ammonia, due to the desired molecular reactivity and device amplification properties. These results indicate that asymmetric side-chain engineering opens a route for breath healthcare.

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