图2. NDI-Tz和TPD-Tz在CDCl3中常温1H NMR以及P1和P2在C2D2Cl4中高温1H NMR

     虽然P1和P2结构中只有Tz中N原子的朝向不同，但对其吸收、能级、分子堆积以及电荷传输性能产生了显著影响。通过吸收光谱发现，相比于P2，P1吸收峰明显红移，这主要是因为NDI单元与Tz单元在C-2/C-2’处相连比在C-5/C-5’处相连内部空间位阻要小，从而导致P1主链骨架更平面化，这也与DFT理论计算结果一致。通过CV测试发现，两聚合物的LUMO能级均低于–4.0 eV，这有利于制备空气和水氧稳定的n-型有机场效应晶体管（OFETs）。

图3. P1和P2的吸收、能级以及DFT理论计算

       为了更好地研究N原子位置异构对聚合物电荷传输性能的影响，作者选择Mn约为20 kg mol-1的P1和P2作为活性层制备了TC/BG型OFETs器件。通过250 ℃热退火10 min处理活性层，两者均表现出最佳的单一n型传输特性。然而，有趣地是，在真空环境下，平面性好的P1的电子迁移率μe仅为0.06 cm2 V-1s-1，而结构扭转的P2电子迁移率μe却达到2.55 cm2 V-1 s-1。同时，得益于聚合物较低的LUMO能级，P2在空气环境下测得的电子迁移率μe也达到了1.87 cm2 V-1 s-1。另外，对P2在空气环境下的稳定性测试发现，虽然在第一个星期电子迁移率由1.87 cm2 V-1 s-1 降到1.01 cm2 V-1 s-1，但在之后的三个星期中电子迁移率基本保持不变，这主要归因于P2具有较低HOMO/LUMO能级。

表1. P1和P2的晶体管性能参数

      从UV/Vis吸收图谱、CV测试以及DFT理论计算结果来推测，具有更深能级和更平面化结构的P1应具有更优异的电荷传输性能，然而测试结果却恰恰相反。为了探究聚合物电荷传输性能差异明显的原因，作者对活性层形貌进行了深入研究。由2D-GIWAXS测试可以发现，P1表现为无定型态，倾向于face-on取向，而P2却表现出更高的结晶度，其相干长度远大于P1，同时倾向于edge-on取向，这是P2获得高电子迁移率的主要原因。AFM测试结果也表明P1表现为无定型结构，其RMS较小，而P2形貌则是明显的纳米纤维状，RMS也较大，这也印证了P2结晶度更高。