北大裴坚教授Prog. Polym. Sci.综述：共轭高分子的溶液聚集态调控

共轭高分子的宏观光电功能与其在不同空间尺度下的微观多级组装结构紧密相关，包括化学结构、构象分布、分子间相互作用、链排列方式、结晶行为、薄膜形貌等结构特点。精准调控分子组装结构对于发展高性能共轭高分子具有重要的科学意义，但共轭高分子微观结构具有的多层次性和复杂性使得表征和调控其组装结构极具挑战。共轭高分子微观结构信息的不完整和缺失使得难以构建清晰的“结构−性能”关系。

图1. 共轭高分子在不同空间尺度下的多级组装结构与常见表征方法

针对共轭高分子复杂的多级组装结构，北京大学化学与分子工程学院裴坚教授课题组长期致力于通过分子结构设计、高分子溶液与结晶调控等方法实现高分子多级组装结构的精确调控，并首次提出共轭高分子的四级组装结构（高分子学报，2019，50，1-12）。鉴于在该领域的深入研究，裴坚教授近日应邀在高分子领域顶级期刊Prog. Polym. Sci.上发表关于共轭高分子溶液聚集态调控策略的重要综述。

图2. 共轭高分子溶液聚集态调控策略

该综述从共轭高分子链与溶剂分子之间的相互作用出发，分析了共轭高分子从溶液到薄膜的形成机制，详细阐述了分子结构、溶剂工程、温度、聚集动力学和分子堆积的重要作用并系统总结了调控共轭高分子的溶液组装结构和结晶行为的方法，阐述了共轭高分子多级组装结构与电荷传输机制之间的关系，特别是溶液聚集态调控策略的重要性。在厘清共轭高分子复杂的多级组装结构的基础上，建立清晰的“分子结构−组装结构−器件性能”的构效关系，深入理解共轭高分子溶液聚集行为和多级组装结构，可以更加精确地调控高分子薄膜形貌与微观结构，对于高性能共轭高分子及其在场效应晶体管、太阳能电池、有机热电等功能器件中地应用提供了理论基础与优化策略。

图3. 共轭高分子溶液中的分子作用

基于对共轭高分子多级组装结构认识和当前共轭高分子多级组装结构与电荷传输中所存在的问题，裴坚教授的综述指出未来以下方面的研究值得重点关注：

(1) 开发表征方法直接可视化高分子的溶液组装结构并原位观测组装结构的演变。

(2) 共轭高分子机械性能与微观形貌和溶液聚集态的联系。

(3) 建立共轭高分子的微结构数据库，包括X射线表征数据与相关结构模型。

(4) 总结共轭高分子在不同层级下和不同层级间的构效关系，实现定性或定量地调节共轭高分子多级组装结构。

(5) 不同的功能器件对于共轭高分子组装结构的要求不同。针对高分子不同的功能，建立共轭高分子组装结构与器件性能要求之间的联系。

图4. 共轭高分子溶液聚集态的中心作用

封面来源:图虫创意