随着科学技术的不断发展，产业革命的不断升级，国家间战略性资源的竞争日益加剧，对高性能新材料的需求日益增长，新材料的开发和应用成为科技竞争的制高点和科学研究的热点。如何高效构筑廉价、高性能的有机半导体材料是其中一个重要挑战。多并苯体系如并四苯、并五苯等是一类具有广泛前景的高性能半导体材料，但随着苯环单元的增加，稳定性降低，构筑难度增大。
近日，游劲松团队与张程课题组合作，以萘这类最简单的多并苯化合物为研究对象，通过RuCl3催化下萘C-8位的C-H/C-H自偶联及环化反应，高效构筑了一系列氧族元素掺杂的新型蒽嵌蒽类衍生物，并通过杂原子策略、取代基策略以及氧化策略深入研究这类材料的构效关系。通过一系列单晶结构分析和理论计算验证，发现杂原子策略可以调控分子堆积的滑移方向以及π-π堆积距离；取代基策略可以调控材料的堆积模式(一维堆积、二维鱼骨形堆积)；而氧化策略则可以引入更多的氢键相互作用，主导材料的排列方式。将该系列材料制备单晶场效应晶体管器件，并对其半导体特性进行了表征。研究表明，硫杂蒽嵌蒽(PTT)具有最高可达1.1 cm2 V-1 s-1的空穴迁移率。
值得一提的是，通过将PTT的硫原子氧化成砜，得到的砜杂蒽嵌蒽(PTT-O4)表现出极强的缺电子性质，由传统的空穴传输材料转变为电子传输材料，其单晶场效应器件的电子迁移率为0.022 cm2 V-1 s-1。这是将硫代吡喃稠合的多并苯p型半导体材料通过氧化策略构筑n型材料的首次报道。
该研究以“Molecular Engineering of Chalcogen-Embedded Anthanthrenes via peri-Selective C–H Activation: Fine-Tuning of Crystal Packings for Organic Field-Effect Transistors”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition上，四川大学为第一单位，化学学院游劲松教授、兰静波教授和张程特聘研究员为该论文通讯作者，刘郑博士为论文的第一作者。感谢国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学的经费支持。同时感谢李静老师和阳萌老师在化合物表征、单晶解析中提供的帮助。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202211412
