萘二酰亚胺（NDI）是一类基于萘四羧酸二酐（Naphthalene Tetracarboxylic Dianhydride, NTCDA）结构的化合物，通常通过酐环开环反应与胺类物质缩合而成。NDI及其衍生物因其独特的平面共轭结构、优异的电子受体能力以及高度的化学稳定性，在有机光电子学领域被广泛研究。尤其在有机电化学晶体管（OECT）中，NDI基材料因其出色的n型电导性能和离子渗透特性，成为构建高性能n型OECT的核心材料。

NDI的核心结构由一个萘环（naphthalene）与两个酰亚胺基团（Imide）组成。具体来说，NDI的通式为C12H6(C2O2NR)2，其中R为取代基。NDI的分子骨架非常平面（Planar），这种结构有利于π-π堆积，从而提升电子迁移率。酰亚胺位上的R基团（如烷氧基、芳基等）可以调节NDI的溶解性、能级和晶体堆积方式。

NDI是一类经典的强电子受体（Electron Acceptor）。NDI的最低未占据分子轨道（LUMO）能级较低，典型值约为-4.0 eV左右。这使得它能够有效捕获电子，形成负电荷载体（N-Type）。NDI具有明确的可逆还原峰（Reduction Peak），在电化学测定中表现出良好的电化学活性。研究表明，不同取代基的NDI衍生物的还原电位范围通常在-0.8 V到-1.5 V（相对于Fc/Fc+）之间。

NDI分子两端的取代基位置（Imide Position）和萘环两侧的取代位（Bay Position）都是功能化的热点。通过在这些位置引入不同的侧链或共轭基团，可以制备出多种功能化的NDI共轭聚合物（如聚NDI-gT2、NDI-gTVT等）。

在OECT中，NDI基材料通常作为n型半导体材料（N-Type Material）使用。NDI材料的电子亲和力强，容易接受电子。当负电压施加在栅极时，NDI基材料会发生n型掺杂（Reduction），导致沟道电导率大幅提升，提供高的电流放大倍数（Transconductance）。NDI基聚合物的骨架通常设计有较高的离子渗透性（Ion Permeability），这有利于离子在沟道层内部快速迁移，从而提高器件的响应速度。在构建互补逻辑电路（Complementary Logic Circuit）时，NDI基的n型材料可以与p型材料（如PEDOT:PSS）完美配合，实现高效的信号传输。

DOI：10.1360/SSC-2024-0010

萘二酰亚胺（NDI）是一类具有平面共轭结构的有机化合物，因其优异的电子亲和力、载流子迁移率和化学稳定性，在有机电子学领域备受关注。

NDI在有机电化学晶体管（OECT）中的相关应用：

1、高性能电子传输材料

NDI基材料可作为OECT中的活性层，利用其高电子亲和力和良好的载流子迁移率，实现高效的电子传输。例如，通过设计NDI基共轭聚合物，可调控其分子堆积和薄膜形貌，提高电子迁移率，从而提升OECT的开关速度和电流驱动能力。

2、生物传感器件

NDI材料的化学稳定性和可功能化特性使其适用于生物传感应用。通过在NDI分子上引入特定的生物识别基团（如抗体、酶等），可构建对生物分子（如葡萄糖、蛋白质、DNA等）具有高选择性和灵敏度的OECT传感器。当目标生物分子与识别基团结合时，会引起OECT的电学性能变化，从而实现对生物分子的检测。

3、神经形态计算器件

NDI基OECT具有类似神经元的电学行为，如突触可塑性、记忆效应等。通过调控OECT的栅极电压、源漏电流等参数，可模拟神经元的兴奋和抑制过程，为神经形态计算和类脑计算提供硬件基础。例如，利用NDI基OECT构建神经网络电路，可实现模式识别、数据分类等人工智能任务。

4、柔性电子器件

NDI材料可通过溶液加工法制备成柔性薄膜，与柔性基底（如塑料、纸张等）结合，构建柔性OECT。这类柔性OECT具有轻便、可弯曲、可穿戴等优点，适用于柔性显示屏、可穿戴健康监测设备、电子皮肤等领域。

5、光电器件集成

NDI材料的光响应特性可与OECT结合，实现光电信号的转换和集成。例如，将NDI基光敏层与OECT的活性层集成，可构建光控OECT，通过光照调节OECT的电学性能，实现光控开关、光存储等功能。

DOI：10.1016/j.electacta.2024.145111