烷基链在调控有机半导体材料的分子构象、堆积方式及薄膜形貌方面具有重要作用。然而，在高性能A-DA′D-A型小分子受体体系中，烷基链对分子间相互作用及电荷传输机制的影响仍缺乏系统研究。最近，化学研究所李永舫课题组以苯并二吡咯类小分子受体为研究对象，通过精细调控外烷基链支化比例，设计合成了4个A-DA′D-A型小分子受体BT06-F，BT15-F，BT24-F和BT33-F（分子结构如图1(a)所示），系统探究了烷基链空间位阻对小分子受体包络效应及电荷输运行为的内在影响机制。

研究结果表明，直链（无支化）烷基链会导致严重的包络效应。引入支化烷基链可显著调控小分子受体在晶体与薄膜中的堆积模式，从而有效减弱烷基链对共轭骨架的包络作用，这有利于形成更连续的电荷传输网络。但是，随着外烷基链支化比例增加，空间位阻逐渐增大，又会导致分子间距增加、电子耦合减弱、带隙增大并伴随吸收光谱蓝移。值得注意的是，采用甲基支化的BT15-F展现出独特优势：其适度的空间位阻可优化堆积模式，同时较短的支链长度避免了对分子间电子耦合的明显削弱，从而在抑制包络效应与维持有效电子耦合之间实现了良好平衡。外烷基链甲基支化的BT15-F的电子迁移率（7.14×10^-4 cm² V^-1 s^-1）较外烷基链无支化的BT06-F的电子迁移率（4.79×10^-4 cm² V^-1 s^-1）显著提升。相应地，基于聚合物D18为给体、BT15-F为受体的二元有机太阳电池获得了20.53%的能量转换效率，位居当前报道的二元有机太阳电池效率的前列。

该研究首次提出将“外烷基链支化比例”作为调控小分子受体包络效应的关键结构参数，阐明了烷基链空间结构与电荷传输性能之间的构效关系，为烷基链工程提供了新的设计维度与理论依据。相关成果以“Effect of Branching Proportion of Outer Alkyl-Chain on Encapsulation Effect and Charge Transport of A-DA’D-A Type Small-Molecule Acceptors”为题发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.72692）。文章第一作者为化学研究所博士研究生龚钰扉，通讯作者为李骁骏副研究员和李永舫院士。

图1 (a) BT06-F、BT15-F、BT24-F和BT33-F的化学结构及相应的外烷基链的支化比例 (b) 面向提高电子迁移率的SMA外侧烷基链设计策略

李永舫课题组 

2026年3月12日