短波红外有机光电探测器（SWIR OPDs）凭借可调光电特性、可溶液加工性以及室温工作等优势，在生物医学成像、柔性电子皮肤和可穿戴设备等领域展现出广阔应用前景。然而，根据能隙定律，随着带隙降低，分子材料光生激子/载流子的非辐射复合速率会呈指数级上升，从而导致SWIR OPD的光响应度（R）下降，进而限制了比探测率（D^*）的提升。

在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，化学所有机固体实验室林禹泽课题组在高灵敏有机光电探测方面开展了研究，取得了系列进展（Nat. Water 2024, 2, 577-588; Sci. Adv. 2023, 9, eadf6152; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202425420; Adv. Mater. 2022, 34, 2201600）。

近期，该课题组采用氘代短波红外有机半导体策略，将芳香稠环单元上普遍存在的氢原子替换成其同位素氘，有效减弱了非辐射复合，提升了SWIR OPD的R和D^*。基于前期报道的一种吸收边接近1.7 μm的短波红外分子L4为例，在其特定位点（包括稠核、π桥和端基）进行选择性氘代。与未氘代的L4相比，对π桥与端基进行氘代得到的BT-12D表现出更高的发光强度，表明其非辐射复合得到了有效抑制。基于PDPPDTP: BT-12D构建的SWIR OPD，相较于基于PDPPDTP: L4-OPD构建的对比器件，其D^*在1.3 µm处提升了约40%。氘代策略在短波红外分子材料体系中具有良好的普适性，基于氘代分子L2-eC9-10D构建的有机光电探测器，相比未氘代器件（L2-eC9），同样展现出更高的D^* （1.24×10¹² Jones vs 1.09×10¹² Jones @ 1.2 µm）以及更快的响应速度 （1.0/1.2 µs vs1.6/1.7 µs）。该研究为突破SWIR OPD性能瓶颈提供了新的策略。

相关研究成果近日发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202507637。论文第一作者为博士后张珍珍，通讯作者为林禹泽研究员。

氘代策略提高短波红外光电探测性能

有机固体实验室

2025年6月27日