給受體（D-A）型小分子半導體因其具有窄帶隙、高摩爾吸光系數、高電子遷移率等特點被廣泛應用于有機光電器件，成功實現了有機太陽能電池（OSCs）能量轉換效率從5%到20%的突破。基于其優異的光電轉換性能，將該類分子應用于光伏型有機光探測器（OPDs），在可見光-近紅外區（380-1000 nm）實現了超越傳統硅基半導體的優異性能。因此，當響應光譜進一步紅移，面向在醫學成像、自動駕駛、夜視等領域具有廣闊應用前景的短波紅外（SWIR，1000-3000 nm）有機光探測器，有機小分子半導體同樣成為了極具潛力的候選者。但長期以來，受限于分子結構單元有限的數量，面向OSCs發展的高性能結構單元組合難以實現高效的短波紅外吸收。近幾年，通過在分子骨架中嵌入新型醌式結構單元，研究者成功將小分子受體的吸收范圍拓展至~1300 nm，在上述光譜范圍內實現了接近無機半導體的探測水平，為短波紅外有機光探測器帶來了全新的機遇。因此，引入全新的結構單元，實現分子光譜的進一步紅移與器件性能的同步提升，是短波紅外有機光探測器領域的關鍵發展方向。
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據麥姆斯咨詢報道，針對上述機遇與挑戰，中國科學院長春應用化學研究所劉俊研究員的科研團隊開發了一種基于新型共振硼氮鍵單元（BIP）的A-D-A’-D-A型小分子電子受體BIP-M1，實現了小分子從近紅外到短波紅外的光譜紅移。將該受體應用于短波紅外有機光探測器，器件在300-1400 nm的寬光譜范圍內表現出靈敏的光響應，在1200 nm處的峰值響應度達0.18 A W?1，峰值比探測率高達3.93×1011 Jones。相關研究成果以“An Electron Acceptor with bis(Borondifluoride)-8-imidazodipyrromethene as the Core for Short-Wavelength Infrared Photoresponse”為題發表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。
圖2 目標分子BIP-M1與參比分子CPIC的結構性質對比
不同于近年來研究者廣泛采用的醌式結構策略，該研究團隊以共振硼氮鍵單元作為分子設計的核心策略。2022年，劉俊研究員、邵興鑫副研究員首次發現并提出了有機分子內硼氮共價鍵與硼氮配位鍵的等價共振，并命名為共振硼氮鍵（Resonant N—B←N bond）。共振硼氮鍵已被證實是一類有效的窄帶隙有機半導體設計策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202205893; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e20231083; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202506116; Sci. Bull. 2025, 70, 4138-4141）。
圖3 光物理與電化學性質
研究團隊采用新型共振硼氮鍵單元（BIP）作為核心缺電子單元，與環戊二噻吩（CPDT）和強缺電子端基2F-IC相結合，構筑小分子受體BIP-M1。與不含BIP單元的參比分子CPIC相比，BIP-M1的溶液吸收峰值從765 nm紅移至1020 nm，紅移達255 nm。該分子在同時表現出極高的摩爾消光系數（3.8×10? M?1 cm?1）和極小的斯托克斯位移（0.054 eV），表明其具有優異的短波紅外吸光能力和低非輻射能量損失特征。得益于BIP-M1的大偶極（11.25 Debye），其膜態具有顯著的聚集誘導光譜紅移現象，薄膜吸收起始波長拓展至1450 nm，光學帶隙窄至0.86 eV。同時，相比于CPIC，BIP-M1還具有更緊密的π-π堆積，更高的電子遷移率。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/ange.3239137
