Ein Zweidimensionales Poly(arylen‐vinylene) vom Donor‐Akzeptor‐Typ für Effizienten Elektronentransport und Empfindliche Chemiresistoren

Kurzzusammenfassung Zweidimensionale (2D) konjugierte Polymere und ihre schichtartig gestapelten 2D‐konjugierten kovalenten organischen Gerüste, wie 2D‐Poly(arylen‐vinylene) (2D‐PAVs), entwickeln sich zu vielversprechenden polymeren Halbleitern für Elektronik und Photokatalyse. Allerdings bleibt das Erreichen enger optischer Bandlücken und eines effizienten Elektronentransports eine große Herausforderung, um die Leistung von Bauteilen zu verbessern. Hier berichten wir über einen Donor‐Akzeptor‐Typ 2D‐PAV ( 2DPAV‐TBDT‐IT , wobei TBDT = Thienyl‐Benzodithiophen, IT = s‐Indacen‐1,3,5,7(2H,6H)‐tetron), das durch eine Aldol‐artige 2D‐Polymerisationsmethode synthetisiert wurde. Bemerkenswert ist, dass 2DPAV‐TBDT‐IT von einem effektiven schichtinternen Donor‐Akzeptor‐Effekt profitiert und eine optische Bandlücke von 1.15 eV aufweist ‐ die kleinste unter den bisher berichteten 2D‐konjugierten Polymeren. Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie zeigen einen einzigartigen, elektronen‐dominierten Transport für 2DPAV‐TBDT‐IT mit einem stark dispersiven Leitungsbandminimum und damit einer geringen effektiven Masse für Elektronen, die nur halb so groß ist wie die für Löcher. Zusätzlich zeigen Messungen mittels Terahertz‐Spektroskopie eine hohe Ladungsträgermobilität von 26 cm 2 V⁻¹s⁻¹ bei Raumtemperatur für die Pulverprobe. Aufgrund der hohen Elektronenarmut von 2DPAV‐TBDT‐IT für eine erleichterte Elektroneninjektion aus gefährlichen Gasen und des hochmobilen, elektronen‐dominierten Transports im Material haben wir Chemiresistoren aus 2DPAV‐TBDT‐IT hergestellt. Diese zeigen eine ultrasensitive SO₂‐Analytdetektion mit einer Nachweisgrenze von 0.088 ppb und übertreffen damit deutlich die bisher berichteten chemiresistiven SO₂‐Sensoren.