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  梯狀聚合物 （Ladder polymer）是由兩個(gè)單鏈相連形成的帶狀高分子，因其獨(dú)特的雙鏈結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)，近年來獲得了高分子化學(xué)家的特別關(guān)注。全共軛的梯狀聚合物（Fully conjugated Ladder Polymers，簡稱cLPs）作為一種特殊的大分子，其主鏈全部由稠環(huán)相連而成，因而具有較傳統(tǒng)高分子更高的耐熱，耐腐蝕，耐氧化和出色的力學(xué)和光電學(xué)性能。近日，德州A&M大學(xué)的方磊教授課題組應(yīng)邀在英國皇家化學(xué)會(huì)旗艦期刊Chemical Science 撰寫關(guān)于cLPs的制備，表征以及應(yīng)用的綜述，并對(duì)cLPs的研究進(jìn)行了展望。

  共軛高分子作為有機(jī)光電領(lǐng)域的基礎(chǔ)，現(xiàn)已廣泛的被應(yīng)用于顯示，能源，傳感，信息等領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)，如果能提高聚合物分子的共平面性，其π電子的離域性將得到促進(jìn)，分子間相互作用增強(qiáng)，固相光電器件的性能也能隨之得到增強(qiáng)。與傳統(tǒng)導(dǎo)電高分子相比，cLPs 具有良好的共平面性和穩(wěn)定性，具有成為下一代高性能有機(jī)活性材料的潛力。（圖一）

圖一：cLPs具有普通共軛高分子所不具備的恒定共平面特性

  相比于傳統(tǒng)高分子，cLPs的合成具有眾多挑戰(zhàn)。主要原因是由于分子的剛性主鏈由兩組化學(xué)鍵所連接。這造成一系列的問題，比如低溶解性使得在合成中產(chǎn)物在沒有完全反應(yīng)的條件下沉淀出來，以及關(guān)環(huán)反應(yīng)不完全產(chǎn)生較多的缺陷等問題。當(dāng)前合成cLPs的方法可以分為兩種：一種是通過縮聚反應(yīng)在單體之間直接形成兩組共價(jià)鍵將小分子聚合成稠環(huán)高分子，另一種是先合成帶反應(yīng)基團(tuán)的聚合物前體，再通過成環(huán)反應(yīng)得到cLPs。（圖二）針對(duì)cLPs溶解度低的特點(diǎn)，不同的柔性支鏈被引入分子的主鏈，從而有效提高分子的溶解性。

圖二：cLPs的合成方法：（a）由稠環(huán)小分子縮聚反應(yīng)一步而成；（b）先通過聚合反應(yīng)得到聚合物前體，再進(jìn)一步進(jìn)行關(guān)環(huán)反應(yīng)得到產(chǎn)物。

  盡管由于合成困難所帶來的挑戰(zhàn)，cLPs的應(yīng)用研究受到一定限制，但很多被報(bào)道的cLPs分子都展現(xiàn)了優(yōu)異的光電學(xué)性質(zhì)和良好的穩(wěn)定性。其中最早由美國空軍實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的分子BBL表現(xiàn)了出色的電子遷移率，被用于制造有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，該晶體管具有超出普通共軛高分子的穩(wěn)定性，其性能在室溫放置三年后仍不衰減。此外，cLPs還被研究人員用以制造有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）以及鋰離子電池陰極，相關(guān)研究也都取得了令人驚喜的結(jié)果。

  在綜述的最后，作者對(duì)cLPs的研究進(jìn)行了總結(jié)和展望。關(guān)于cLPs的研究體現(xiàn)了其作為新型sp2聚合物的巨大潛力。作者相信通過新穎的分子設(shè)計(jì)和多樣化合成手段，更多具有優(yōu)秀性能的cLPs將會(huì)被制備，從而為先進(jìn)有機(jī)材料的設(shè)計(jì)提供新思路。

Chemical Science封面

  論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/sc/c7sc00154a#!divAbstract