The Role of Long‐Alkyl‐Group Spacers in Glycolated Copolymers for High‐Performance Organic Electrochemical Transistors

材料科学 烷基 电化学 共聚物 纳米技术 组合化学 聚合物 有机化学 化学 物理化学 电极 复合材料
作者
Ellasia Tan,Jingwan Kim,Katherine Stewart,Charalampos Pitsalidis,Sooncheol Kwon,Nicholas Siemons,Jehan Kim,Yifei Jiang,Jarvist M. Frost,Drew Pearce,James E. Tyrrell,Jenny Nelson,Róisı́n M. Owens,Yun‐Hi Kim,Ji‐Seon Kim
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (27) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adma.202202574
摘要

Semiconducting polymers with oligoethylene glycol (OEG) sidechains have attracted strong research interest for organic electrochemical transistor (OECT) applications. However, key molecular design rules for high-performance OECTs via efficient mixed electronic/ionic charge transport are still unclear. In this work, new glycolated copolymers (gDPP-TTT and gDPP-TTVTT) with diketopyrrolopyrrole (DPP) acceptor and thiophene (T) and vinylene (V) thiophene-based donor units are synthesized and characterized for accumulation mode OECTs, where a long-alkyl-group (C12 ) attached to the DPP unit acts as a spacer distancing the OEG groups from the polymer backbone. gDPP-TTVTT shows the highest OECT transconductance (61.9 S cm-1 ) and high operational stability, compared to gDPP-TTT and their alkylated counterparts. Surprisingly, gDPP-TTVTT also shows high electronic charge mobility in a field-effect transistor, suggesting efficient ion injection/diffusion without hindering its efficient electronic charge transport. The elongated donor unit (TTVTT) facilitates hole polaron formation to be more localized to the donor unit, leading to faster and easier polaron formation with less impact on polymer structure during OECT operation, as opposed to the TTT unit. This is supported by molecular dynamics simulation. These simultaneously high electronic and ionic charge-transport properties are achieved due to the long-alkyl-group spacer in amphipathic sidechains, providing an important molecular design rule for glycolated copolymers.

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