Selbstanordnung von oxidativ dotierten konjugierten Flaschenbürstenpolymeren in Donator-Akzeptor-Nanostrukturen

Redox-Dotierung ist ein Prozess, der die praktische Anwendung von konjugierten Polymermaterialien in optoelektronischen Geräten ermöglicht. Sie führt jedoch zur Ausfällung von konjugierten Polymeren durch Polaronbildung, sodass sie oft auf den festen Zustand beschränkt ist. Hier berichten wir über Kern-Schale-Flaschenbürstenpolymer, die ein Polynorbornenrückgrat mit entweder Polythiophen- oder Polyselenophen-Kernblöcken und Poly(ethylenglykol)-Beschichtungsblöcken umfassen. Flaschenbürstenpolymere sind Architekturen mit dicht gewachsenen polymeren Seitenketten mit geringen Kettenverwicklungen, die aufgrund ihrer elastomeren Eigenschaften von Interesse sind. Wir stellen fest, dass konjugierte Kernblöcke der Flaschenbürstenpolymere effizient mit etwa 6 mol Äquivalent von F4TCNQ, einem gängigen oxidativen Dotiermittel, dotiert sind, während sie aufgrund der PEG-Beschichtungsblöcke kolloidale Stabilität aufrechterhalten. Darüber hinaus zeigt die Spektroelektrochemie, dass diese Flaschenbürstenarchitekturen Polarons effizient stabilisieren, wenn sie oxidativ dotiert werden, im Vergleich zu Diblock-Copolymer-Analoga, was durch das Auftreten von Bipolaronbändern belegt wird, die 1,5-2× größer sind als die unoxidierten Absorptionsübergänge. Die Kristallisation von konjugierten Polymeren ist bekannt dafür, Parameter wie Leitfähigkeit und Exzitonendiffusion zu verbessern. Die Kristallisierung der konjugierten Polymerkernblöcke in einem selektiven Lösungsmittelsystem während der Dotierung führt zu größeren Polaron-Signalen durch EPR und UV-Vis-NIR-Spektroskopie, während die kolloidale Stabilität der Kern-Schale-Flaschenbürstenpolymere erhalten bleibt. Interessanterweise stapeln sich die auf Polythiophen basierenden Flaschenbürstenpolymere end-on-end zu Nanofasern mit längenabhängiger Dotiermittelkonzentration, mit bis zu nummeren Durchschnitt (Ln) Längen von 51 nm für 1 Gewichtsequivalent von F4TCNQ im Verhältnis zur Kern-Schale-Flaschenbürste. Die längste beobachtete Nanofaser hatte eine Länge von 192 nm. Insgesamt berichten wir über eine neue Klasse von Donator-Akzeptormaterialien, die die kolloidale Stabilität der Redox-Dotierung von konjugierten Polymerkernblöcken mit der Selbstanordnung von Flaschenbürsten kombinieren, die durch die Bildung von Ladungstransferstellen gefördert wird.