近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點實驗室研究員李斌所帶領(lǐng)的課題組自主設(shè)計了具有紅光發(fā)射的帶有正電荷的溴化乙錠有機(jī)單體，在國際上首次制備出帶電荷的有機(jī)二維多孔晶體骨架材料，該材料在有機(jī)半導(dǎo)體器件和光電傳感等領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾膽?yīng)用前景。上述研究結(jié)果發(fā)表在國際化學(xué)期刊《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.,2016, DOI: 10.1021/jacs.5b13490）上，第一作者為助理研究員馬和平，該工作得到了國家自然科學(xué)基金項目的資助。
二維層狀材料是近些年興起的一類新興材料。尤其是2004年，單原子層石墨烯的發(fā)現(xiàn)極大地推動了二維材料的發(fā)展，使其迅速成為研究前沿。然而由于石墨烯幾乎沒有能隙，限制了其在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。與石墨烯相比，二維層狀半導(dǎo)體材料與生俱來的天然帶隙結(jié)構(gòu)使它們在微電子及光電子領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。其中二維層狀有機(jī)多孔晶體材料由于具有豐富的有機(jī)發(fā)光官能團(tuán)、可調(diào)節(jié)的光電子遷移率和優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)使其在光電傳感、有機(jī)半導(dǎo)體器件、場效晶體管和有機(jī)太陽能電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用空間。但是由于所合成有機(jī)多孔材料的單體多為電中性的，因此制備帶電荷的晶態(tài)有機(jī)多孔晶體材料并調(diào)節(jié)其對質(zhì)子或電子的傳導(dǎo)率是一個挑戰(zhàn)。
李斌課題組所制備的材料具有納米孔結(jié)構(gòu)，而且其孔道的大小可以通過骨架中的平衡陰離子來調(diào)節(jié)。通過與東北師大教授臧宏瑛和朱廣山合作，將keggin型雜多酸磷鎢酸摻雜到骨架中，由于磷鎢酸表面豐富的氧位點，材料能保存大量的水形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，質(zhì)子可以通過氫鍵網(wǎng)絡(luò)高速遷移，由此顯著地提升了材料對質(zhì)子的傳導(dǎo)率。摻雜多酸后材料對質(zhì)子的傳導(dǎo)率提高了三個數(shù)量級。而且材料的納米孔結(jié)構(gòu)及其表面不均勻的電場分布對質(zhì)子和電子具有局部的限域作用。通過調(diào)節(jié)孔道內(nèi)的電場分布，可以改變材料對質(zhì)子的傳導(dǎo)率。這類帶電荷的有機(jī)二維晶體材料將在有機(jī)半導(dǎo)體器件和光電傳感中具有潛在的應(yīng)用價值。
圖1：（a）具有紅光發(fā)射的溴化乙錠單體的光學(xué)照片；（b）制備的二維有機(jī)多孔晶體材料的發(fā)射光譜。
圖2：（a）二維有機(jī)晶體材料的合成方法示意圖；（b）材料的層狀堆積晶體示意圖；（c）材料側(cè)面堆積示意圖。
圖3：（a-c）材料在摻雜多酸后質(zhì)子傳導(dǎo)率對比圖；（d）材料的活化能。
