Oriented Thiophene‐Extended Benzotrithiophene Covalent Organic Framework Thin Films: Directional Electrical Conductivity

材料科学 共价键 电导率 载流子 薄膜 噻吩 化学物理 纳米技术 光电子学 物理化学 有机化学 化学
作者
Laura Frey,Jonas F. Pöhls,Matthias Hennemann,Andre Mähringer,Stephan Reuter,Timothy Clark,R. Thomas Weitz,Dana D. Medina
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (47) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202205949
摘要

Abstract The synthesis of covalent organic frameworks (COFs) based on a novel thiophene‐extended benzotrithiophene (BTT) building block is described, which in combination with triazine‐based amines (1,3,5‐triazine‐2,4,6‐triyl)trianiline (TTA) or (1,3,5‐triazine‐2,4,6‐triyl)tris(([1,1´‐biphenyl]‐4‐amine)) (TTTBA)) affords crystalline, and porous imine‐linked COFs, BTT TTA and BTT TTTBA, with surface areas as high as 932 and 1200 m 2 g −1 , respectively. Oriented thin films are grown successfully on different substrates, as indicated by grazing incidence diffraction (GID). Room‐temperature in‐plane electrical conductivity of up to 10 −4 S m −1 is measured for both COFs. Temperature‐dependent electrical conductivity measurements indicate activation energies of ≈123.3 meV for BTT TTA and ≈137.5 meV for BTT TTTBA and trap‐dominated charge transport via a hopping mechanism for both COFs. Moreover, conductive atomic force microscopy reveals directional and defect‐dominated charge transport in the oriented BTT COF films with a strong preference for the in‐plane direction within the molecular 2D‐planes. Quantum mechanical calculations predict BTT TTTBA to conduct holes and electrons effectively in both in‐plane and out‐of‐plane directions. In‐plane, charge carrier transport is of hopping character where the triazine cores represent the barrier. Out‐of‐plane, a continuous charge‐carrier pathway is calculated that is hampered by an imposed structural defect simulated by a rotated molecular COF layer.
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