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纳米纤维再发science,实现远距离激发性电子运输!


作者以及单位

第一作者:Xu-Hui Jin

通讯作者: Ian Manners、GeorgeR. Whittell,Richard H. Friend

论文摘要

ABSTRAT

Easilyprocessed materials with the ability to transport excitons over length scalesof more than 100 nanometers are highlydesirable for a range of light-harvesting and optoelectronic devices. We describe thepreparation of organic semiconducting nanofibers comprising a crystalline poly(di-n-hexylfluorene) core and asolvated, segmented corona consisting ofpolyethylene glycol in the centerand polythiophene at the ends. These nanofibers exhibit exciton transfer from the core tothe lower-energy polythiophene coronas in the end blocks, which occurs in thedirection of the interchain p-p stacking with very long diffusion lengths (>200 nanometers) and alarge diffusion coefficient (0.5 square centimeters per second). This is made possible bythe uniform exciton energetic landscape created by thewell-ordered, crystalline nanofibercore.

中文摘要
能够在100纳米以上的长度范围内传输激子的容易加工的材料对于一系列的采光和光电子器件是非常理想的。我们描述了以结晶聚(二正己基芴)为核心、以溶剂化为分段电晕的有机半导体纳米纤维的制备,该电晕中心为聚乙二醇,末端为聚噻吩。这些纳米纤维在末端嵌段中显示出从核心到较低能量聚噻吩的激子转移,其发生在链间pp堆叠的方向上,具有非常长的扩散长度(>200纳米)和大的扩散系数(0.5平方厘米/秒)。这是由良好排列结晶的纳米纤维核所产生的均匀激子能量景观所实现的。


图1.通过多步自组装形成分段的PDHF纳米纤维(A)说明种子生长过程和PDH和PDH的结构的示意图;(B)具有分开的供体和受体域的分段B-A-B纳米纤维结构的图解;(C)在THF:MeOH(1:1)(橙色虚线)和未分段PDHF纳米纤维(Ln =1605nm)(蓝色虚线)中的QPT均聚物的归一化吸收和未分段PDHF纳米纤维的光致发光(PL)发射(Ln = 1605nm)(蓝色实线),PL中的和峰分别在425nm和455nm处,插图显示了PDHF和QPT的能级。

 

图2.有机半导体纳米纤维合成

图3.尺寸依赖的瞬态PL动力学和相应的扩散长度模型拟合(A)在不同A段长度的分段PDHF B-A-B纳米纤维中PDHF PL信号(从430nm到460nm积分)的瞬态光栅PL动力学(正方形)。 PL衰减时间随着片段长度的减小而减小,显示出有效的转移。实线是一维扩散模型的示例拟合,LD的长度=340nm。该系统用400nm,200-fs激光脉冲激发,对于溶液中的样品,激发密度约为。(B)分段PDHF B-A-B纳米纤维中QPT信号上升的相应PL动力学(平方),其在LD = 340nm的PDHF中具有相同的1D激子扩散模型(实线)和扩散长度。(C)溶液中PDHF-b-PEG纳米纤维的瞬态光栅光谱。时间片在激发后的早期显示光谱,激发密度为5×。在200fs之前存在光谱红移,并且第一和第二振动峰的比例持续减小直到700 fs。使用的溶剂是THF:MeOH 1:1。

 

结论:在本文中,吸收系数为平均值的由共轭聚合物制成的200纳米厚的薄膜将吸收98%的入射光子。这样的扩散长度可以使得这些结构的聚合物能用于捕光设备,让其作为天线与有限吸收的光电探测器材料耦合[如单层过渡金属二硫属化物];同时,这能够让那些基于本体异质结的有机光伏器件的双层设计变得简单。

研究人员认为,这种高质量的激子传递性能,可能是来源于结构有序的晶态内核形成的均匀能量分布,但是更深层次的原因目前尚不可知,还需探索。

参考文献:

Xu-Hui Jin, Michael B. Price, Ian Manners, Richard H. Friend, George R. Whittell, Ian Manners et al. Long-range exciton transport in conjugated polymer nanofibers prepared by seeded growth. Science 2018, 360, 897-900.

文章链接:http://www.qingzitech.com/

 

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