有机半导体的导电性往往依赖传统的外部掺杂方法，这种方法通常涉及将有机材料与外部掺杂剂物理混合。这种掺杂方法常导致混合物的相分离，使得电子性质与掺杂过程的相关性难以明确，并可能因混合物的形态不稳定及某些掺杂剂的挥发性而导致电子性能随时间退化。相对于这种传统方法，自掺杂的概念——即通过共价方式将功能性掺杂基团整合到分子结构中——则展现了多个内在优势，如简化的处理程序和因消除外部掺杂剂物理混合步骤而增强的材料稳定性。

近日，德克萨斯A&M大学的方磊教授，周宏才教授，和匹兹堡大学的刘鹏教授合作进行的研究，展示了一种创新的共振辅助自掺杂机制。该分子1a的共轭主链结构采用梯状环己二烯-14-二亚胺核心，具有四个酸性苯酚羟基作为自掺杂功能基。通过类似于共振辅助氢键的机制，1a能够有效地自我质子化形成开壳状态，即1a''形式，该机制通过共振辅助的质子转移来实现，允许在不使用外部掺杂剂的情况下高效地进行自掺杂，产生开壳（自由基活性）状态。作者通过不同溶剂中的自掺杂特性研究，展示了开壳状态与封闭壳状态之间的平衡依赖于溶剂的介电常数及氢键给收能力。在这项研究中，密度泛函理论（DFT）计算结果表明，自掺杂后的开壳状态（1a''）相较于闭壳状态（1a’）只有微小的能量差异，揭示了这种自掺杂状态的热力学可行性。

研究表明，在固相下化合物1a亦处在自掺杂的1a''形态。在完全不用加入任何外部掺杂剂的情况下，展示了1×10⁻³ S/cm 的导电率。其导电性能有着优良的稳定性和极端环境耐受性。这一发现为开发性能高效且持久的有机导体材料提供了新的设计思路和实验依据。