Molecular Structure and Conformational Design of Donor‐Acceptor Conjugated Polymers to Enable Predictable Optoelectronic Property

材料科学 带隙 接受者 共轭体系 光电子学 分子轨道 轨道能级差 聚合物 化学物理 分子 化学 凝聚态物理 物理 复合材料 有机化学
作者
Zhiqiang Cao,Sarah A. Tolba,Zhaofan Li,Gage T. Mason,Yang Wang,Changwoo Do,Simon Rondeau‐Gagné,Wenjie Xia,Xiaodan Gu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (41) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adma.202302178
摘要

Tuning the optoelectronic properties of donor-acceptor conjugated polymers (D-A CPs) is of great importance in designing various organic optoelectronic devices. However, there remains a critical challenge in precise control of bandgap through synthetic approach, since the chain conformation also affects molecular orbital energy levels. Here, D-A CPs with different acceptor units are explored that show an opposite trend in energy band gaps with the increasing length of oligothiophene donor units. By investigating their chain conformation and molecular orbital energy, it is found that the molecular orbital energy alignment between donor and acceptor units plays a crucial role in dictating the final optical bandgap of D-A CPs. For polymers with staggered orbital energy alignment, the higher HOMO with increasing oligothiophene length leads to a narrowing of the optical bandgap despite decreased chain rigidity. On the other hand, for polymers with sandwiched orbital energy alignment, the increased band gap with increasing oligothiophene length originates from the reduction of bandwidth due to more localized charge density distribution. Thus, this work provides a molecular understanding of the role of backbone building blocks on the chain conformation and bandgaps of D-A CPs for organic optoelectronic devices through the conformation design and segment orbital energy alignment.
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