环戊二噻吩（CPDT，Cyclopentadithiophene，CAS 389-58-2）‍是一种独特的共轭有机小分子，因其稠环结构带来的刚性骨架和优异的电子-离子耦合特性，成为近年来有机电化学晶体管（OECT）和柔性电子领域的研究热点。

环戊二噻吩的核心结构是一个五元环（环戊烷）与两个噻吩环（Thiophene）通过共用边角形成的稠环体系。CPDT的结构高度平面化且刚性较强，这种刚性可以限制主链的扭曲，促进分子间的平面堆叠（π-π stacking），从而形成连续的电子传输通道。与苯并二噻吩（BDT）类似，CPDT的HOMO能级相对较低（约 -5.0 eV左右），这使其在氧化态（掺杂态）下更易稳定。

CPDT是一种重要的有机半导体材料，因其独特的电子性质和共轭结构，在有机电子晶体管（OECT）领域展现出广泛应用潜力。

在OECT中的相关应用

1、作为给电子单元提升载流子迁移率

CPDT具有较高的给电子能力，能有效调节分子的电子云分布。在OECT中，将其作为给电子单元与吸电子单元配对，可形成强的分子内电荷转移（ICT）效应。例如，在一些共聚物或小分子半导体材料中，CPDT与苯并噻二唑（BT）、氰基茚酮（IC）等吸电子单元结合，能显著提高材料的空穴迁移率，使OECT的开关比和导通电流大幅提升。这种结构设计有助于实现高性能的OECT器件，适用于逻辑电路、传感器等应用场景。

2、构建共轭骨架增强电荷传输通道

CPDT的刚性共轭平面结构可与其他共轭单元（如噻吩、苯并二噻吩等）连接，形成连续的共轭骨架。这种共轭扩展能降低电荷传输的能垒，促进载流子在分子链间的高效传输。在OECT中，基于CPDT的共轭聚合物或低聚物可作为有源层材料，形成有序的电荷传输通道，提高器件的响应速度和稳定性。例如，以CPDT为核的A-D-A型共聚物在OECT中表现出良好的电荷传输性能，可用于制备高频响应的有机晶体管。

3、调节能级匹配优化器件性能

CPDT的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）能级可通过分子结构修饰进行调控。在OECT中，合理选择CPDT基材料与其他电极材料（如源/漏电极、栅极绝缘层）的能级匹配，可减少电荷注入和传输过程中的能量损失。例如，通过在CPDT分子中引入氟原子、烷基侧链等取代基，可调节其能级位置，实现与常见电极材料（如金、铟锡氧化物）的良好能级匹配，提高OECT的开态电流和亚阈值斜率。

4、提高材料稳定性和加工性

CPDT的化学结构相对稳定，且具有一定的溶解性，便于溶液加工。在OECT制备过程中，基于CPDT的材料可通过旋涂、喷涂、刮涂等溶液法均匀涂覆在基底上，形成高质量的有源层薄膜。此外，CPDT的刚性结构有助于抑制薄膜在使用过程中的形变和降解，提高OECT的长期稳定性和可靠性。例如，一些CPDT基共聚物在空气中放置数月后，其电学性能仍能保持稳定，适用于对稳定性要求较高的OECT应用。

DOI：10.1038/s41528-025-00417-4