随着化石燃料的日益枯竭, 人类社会对能源的需求在不断增长。 为了平衡能量应用需求并提升能量使用效率, 开发高效能量转换材料与电化学储能材料成为当前研究的重要课题。 导电聚合物基电极材料面临着相应储能器件能量密度、 功率密度、 循环性能不高的挑战, 需进行结构改性提高电导率、 改善界面性质。 鉴于共轭高分子的电子结构、 光学及电化学性质由共轭链骨架结构决定, 对导电共轭聚合物进行结构修饰以提升其电荷传输性能和载流子迁移率, 进而设计合成新型高迁移率导电聚合物基共轭聚合物是提高相应器件特性的关键所在。 已有研究大多借助复杂的结构设计来实现提升迁移率, 设计合成了结构简单, 有助提升电荷迁移的新型窄带隙聚联苯胺基共轭聚合物聚物。 通过光谱学及电化学方法对材料结构与性能进行了表征分析。 采用核磁共振氢谱、 红外光谱, X射线粉末衍射对单体及聚合物进行了结构表征, 通过紫外光谱、 紫外可见漫反射、 循环伏安、 计时电位、 交流阻抗对其进行了光学及电化学性能测试。 结果表明, 成功制得具有预期结构的共轭聚合物, 所得聚合物结晶性较佳, 光学带隙Eoptg为1.85 eV, HOMO及LUMO能级分别为-5.44和-3.59 eV, 前者高于, 后者则低于大部分文献值, 呈现可同时促进p-型和n-型掺杂的结构特性, 具备增强材料容纳电荷能力的性能优势。 聚合物储能特性受化学结构、 晶体结构及微观形貌综合影响。 改善材料微观结构特性有助于提升其电子电导率, 但层状致密块体形貌特征又使其离子电导率受限。 电化学性能测试结果显示, 聚合物具有一定电化学活性, 具有较小的电荷转移阻抗, 具备基本满足使离子顺利扩散的条件, 0.05 A·g-1时的放电比电容达256.6 F·g-1。 研究结果表明, 制得的联苯胺基窄带隙共轭聚合物在光电转换、 储能及微型电子器件中有广阔的应用前景。

研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基) -苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT) 超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明, 单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能, 电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能, 随着超薄膜叠层数量的增加, 器件迁移率不断上升; 超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓, 迁移率最大值为0.58 cm2·V-1·s-1。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法, 制备出在1.0×10-5氨气环境下, 迁移率为0.23 cm2·V-1·s-1、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。

聚合物点由于具有易调控的光电特性一直备受相关领域研究者们的关注。作为一种新型碳基纳米材料, 聚合物点的分类、合成方法及性能仍缺乏较为系统的总结。本篇综述根据聚合物点的结构, 将其分为共轭聚合物点和碳化聚合物点, 主要围绕两种聚合物点的定义、合成方法及发光机理进行了讨论。此外, 本文还对聚合物点近年来的光学应用进行了总结, 包括生物成像和荧光标记、药物和基因传递、传感、光电器件、光催化和防伪等。

Short wave near-infrared (SWIR, 900–1700 nm) fluorescence imaging has attracted extensive research interest from scientists due to its high imaging quality. However, the variety of SWIR fluorescence imaging agents are quite limited and the corresponding quantum efficiency is relatively low. In this work, a novel conjugated polymer PDTSDTBT was reported, consisting of a donor unit with a tetrahedral Si (sp3) named DTS and an acceptor unit named DTBT with branched side chains. The design approach of endowing the donor–acceptor structure with the branched side chains successfully increase the fluorescence quantum efficiency. The polymer was prepared into nanoparticles by nanoprecipitation. The PDTSDTBT nanoparticles showed an absorption peak of 626 nm and fluorescence emission peak of 924 nm. The quantum efficiency of the nanoparticles is 0.53%, which is higher than that of nanotube fluorophores (0.4%). The nanoparticles also demonstrate a photothermal effect, the temperature of nanoparticles solution could reach 45 ℃ under excitation by 660 nm laser. Therefore, the PDTSDTBT nanoparticles is an excellent fluorescent imaging agent with potential photothermal applications.

Photoacoustic imaging (PAI) is a hybrid imaging method based on photoacoustic (PA) effects, which is able to capture the structure, function, and molecular information of biological tissues with high resolution. To date, therapeutic techniques under the guidance of PAI have provided new strategies for accurate diagnosis and precise treatment of tumors. In particular, conjugated polymer nanoparticles have been extensively inspected for PA-based cancer theranostics largely due to their superior optical properties such as tunable spectrum and large absorption coe±cient and their good biocompatibility, and abundant functional groups. This mini-review mainly focuses on the recent advances toward the development of novel conjugated polymer nanoparticles for PA-based multimodal imaging and cancer photothermal therapy.

为了探究聚合物结构与性能的关系, 获得电子传输型半导体材料。采用Stille交叉偶联反应, 制备了基于噻吩-氰基乙烯-噻吩(TCNT)和2-氧吲哚-3-亚基-二氢吡咯吲哚-二酮(BDID)结构的一种新型的低能带隙给体-受体共轭聚合物PBDID-TCNT。采用热重分析仪、示差扫描量热仪、紫外-可见-近红外分光光度计、电化学工作站与原子力显微镜等测试手段对聚合物的热性能、光学性能、电化学性能以及微观结构进行了表征。结果表明: 聚合物PBDID-TCNT具有优异的热稳定性, 宽的吸收光谱, 低的最低未占轨道/最高占有轨道能级(LUMO/HOMO)。首次制得了PBDID-TCNT型的聚合物, 以聚合物为半导体层的有机薄膜晶体管器件展现出电子传输特性, 电子迁移率达到0.11 cm2/(V·s), 同时开关比超过105。

本文利用共轭聚合物(MEH-PPV)覆盖TiO2纳米粒子薄膜制作随机激光器。随机TiO2纳米粒子薄膜的激光辐射阈值比平面MEH-PPV薄膜的放大自发辐射阈值缩小了9倍。这是由于TiO2纳米粒子诱导的多重散射造成的。进一步的飞秒荧光上转换实验表明，随机激光器中，光在增益介质里的停留时间有所增加，这直接证实了光在随机激光器结构中的多重散射引起光的传播路径增加。因此，这会促进更多的光发生辐射，从而降低随机激光器的阈值。

利用有机共轭聚合物MEH-PPV 优良的发光特性和光子晶体对光的调制特性，设计制备了有机半导体二维平板的准晶光子晶体激光器。该激光器是以MEH-PPV 为增益介质，利用二维平板准晶光子晶体点缺陷和上下电极表面作为反射膜共同构建激光器的微腔，获得了具有激射效应的电抽运8 重准晶垂直腔面发射激光器。该激光器的阈值电流为8 mA，激射波长为606 nm，谱线半峰全宽为0.5 nm，接近光纤光谱仪的分辨率极限。

以有机电致发光显示与照明技术、有机太阳能电池等为代表的有机光电子器件在世界范围内吸引了产业界和研究机构的关注。新型有机光电材料的开发是近些年来有机光电子飞速发展的基石和巨大推动力。合成方法与材料设计思路的突破，使包括小分子和聚合物光电材料的性能得到了飞跃式发展。从材料的设计与合成入手，综述了材料化学结构与分子自组织行为及最终器件性能的关系。以窄带共轭聚合物、全共轭嵌段聚合物、超支化材料等为例阐述了上述材料溶液与本体中的自组织行为，以及用于有机太阳能电池给体材料时形貌对器件行为的影响。