journal article·2025Open access

Electronic structure tunability of carbon-based 1D-polymers combining cross-conjugation and nitrogen doping

Adriana E. Candia, Manuel Vilas-Varela, Myriam H. Aguirre, Celia Rogero, David Serrate, Diego Peña, Jorge Lobo-Checa

Nanoscale· Volume 17· Issue 24

Abstract

Quasi-one-dimensional polymer structures with extended π-electron systems stand out due to their remarkable application in light-emitting diodes and devices. Upon smart choice of their building units, such carbon-based organic nanoarchitectures provide excellent optoelectronic properties by tuning their dimensionality, atomic structure or intrinsic doping. Here, we generate and study three canonical cross-conjugated quasi one-dimensional chains with controlled nitrogen intrinsic doping, which is selectively introduced into their poly-phenylene backbones. By means of scanning tunneling microscopy and spectroscopy we corroborate that the cross-conjugation that break the chain linearity is exclusively responsible of the electronic confinement in the straight segments. Moreover, we demonstrate that the LUMO state exhibits similar spatial distribution for the cross-conjugated polymers independently of the pyridine content of the initial precursor. Despite this coincidence, the semiconducting character and other relevant electronic properties of the polymers are found to depend both on the chain morphology and on the precise position and number of doping nitrogen atoms synthetically introduced into the molecular precursors. We compare these results to related previous studies, which allows us to unambiguously validate the opto-electronic tunability upon the choice of the polymers' building units.
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Research context

OpenAlex topics: Graphene research and applications · Surface Chemistry and Catalysis · Covalent Organic Framework Applications

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Affiliations

Laboratorio de Microscopias Avanzadas (LMA), Universidad de Zaragoza, E-50018, Zaragoza, Spain

Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU), E-20018, San Sebastián, Spain

Instituto de Física del Litoral, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Universidad Nacional del Litoral (IFIS-Litoral, CONICET-UNL), 3000, Santa Fe, Argentina

Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) and Departamento de Química Orgánica, Universidade de Santiago de Compostela, 15782 Santiago de Compostela, Spain

Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragon (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza, E-50018, Zaragoza, Spain

Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Universidad de Zaragoza, E-50009, Zaragoza, Spain

Oportunius, Galician Innovation Agency (GAIN), 15702 Santiago de Compostela, Spain

Funding

Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas · H2020 Marie Skłodowska-Curie Actions · Departamento de Educación, Cultura y Deporte, Gobierno de Aragón · Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades

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