李明教授、何榮幸教授團隊揭示電荷傳輸材料穩定性與溶解度平衡的機理

2021-02-15 科技西大

近日，西南大學化學化工學院李明教授、何榮幸教授團隊在材料化學領域國際知名期刊《Advanced Functional Materials》上在線發表了題為「Meta-stable molecular configuration enables thermally stable and solution processable organic charge transporting materials」（介穩分子構型構建熱力學穩定且溶液可處理的有機電荷傳輸材料）的研究論文，首次使用「介穩構型」這一概念闡述了分子熱穩定性和溶解度之間取得平衡的微觀機制，提出了構建兼具超高穩定性和優異溶液可加工性的有機電荷傳輸材料的新思路。

合成穩定性和溶液可加工性都優良的電荷傳輸材料一直是鈣鈦礦太陽能電池領域面對的挑戰之一。該課題組以四羧酸二亞胺衍生物（NDI-ID）分子為理論模型，研究並深刻揭示了分子構型變化與其熱穩定性和溶解度之間的關係，發現了介穩構型在材料穩定性和溶液可加工性二者之間實現平衡的關鍵機理：NDI-ID的熱穩定性可通過分子內/分子間氫鍵的增加而增強，這表明構型的剛性賦予了膜相的形貌穩定性；同時，在溶劑化過程中，材料分子的拓撲發生動態轉化，其中材料分子與溶劑分子發生相互作用而使得材料分子內氫鍵被減弱，最終導致溶解度的增加。該研究工作揭示了結構動力學對材料性能的重要作用，為設計高效穩定電荷傳輸材料提供了新思路。

碩士研究生劉田和孫匡世為該論文共同第一作者，李明教授為論文通訊作者，何榮幸教授為論文共同通訊作者，西南大學為唯一完成單位。該研究工作得到了國家自然科學基金、重慶市英才計劃等項目的支持。

論文連結：https://doi.org/10.1002/adfm.202000729

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