工學院佔肖衛課題組發展三維激子和電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料

2020-12-04 北大新聞網

北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，通過側鏈和端基同時氟化策略設計併合成了具有三維堆積和激子/電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料，相關工作發表在《先進材料》上（Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.202000645）。

2015年，佔肖衛課題組提出了稠環電子受體的概念，發明了明星分子ITIC（Adv. Mater., 2015, 27, 1170–1174，Google Scholar引用1590次，入選2015年度「中國百篇最具影響國際學術論文」）。2017年，他們率先把氟代氰基茚酮端基引入到稠環電子受體中（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139,1336–1343，Google Scholar引用547次；Adv. Mater., 2017, 29, 1700144，Google Scholar引用549次；均入選2017年度「中國百篇最具影響國際學術論文」），目前性能最好的非富勒烯受體均採用氟代氰基茚酮端基。最近，他們進一步提出側鏈和端基同時氟化的稠環電子受體分子設計策略，在分子骨架水平和垂直方向上同時引入氟原子，通過氟原子誘導的多維弱相互作用，構築緊密的三維分子堆積網絡，以實現高效的三維激子和電荷傳輸。基於側鏈和端基同時氟化的稠環電子受體FINIC的光伏性能遠高於無氟代的稠環電子受體INIC。

側鏈和端基同時氟化的稠環電子受體分子設計示意圖

佔肖衛課題組博士後代水星是該篇論文的第一作者，佔肖衛是通訊作者。合作者包括華南理工大學解增旗課題組、西安交通大學馬偉課題組、中科院化學所易院平課題組和江浪課題組及紐西蘭惠靈頓維多利亞大學Justin M. Hodgkiss課題組。

該工作得到國家自然科學基金委員會和北京大學加強基礎研究專項等的資助。

文章連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000645

 

相關焦點

  • 工學院佔肖衛課題組稠環電子受體光伏材料研究取得重要進展
    2017年，北京大學工學院佔肖衛課題組在稠環電子受體光伏材料研究中取得系列重要進展，在化學和材料領域著名期刊《美國化學會志》和《先進材料》發表了4篇論文。有機光伏材料可分為電子給體和電子受體。過去的幾年裡，有機太陽能電池電子給體材料已取得重大突破，無論是高分子還是小分子電子給體與富勒烯類電子受體共混製備的單結電池效率均超過11%。
  • 北大進一步合成稠環電子受體光伏材料
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星太陽能光伏網訊:北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，通過側鏈和端基同時氟化策略設計併合成了具有三維堆積和激子/電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料，相關工作發表在《先進材料
  • 工學院佔肖衛課題組在JACS發文提出稠環電子受體光伏材料分子設計...
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，提出通過單邊延展合成稠環電子受體光伏材料的分子設計策略，相關工作發表在《美國化學會志》上（JACS, DOI: 10.1021.jacs.9b08988）。
  • 北京大學工學院佔肖衛課題組在JACS發文揭示稠環電子受體分子設計...
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體光伏材料研究中取得新進展，揭示了稠環電子受體分子設計中起始原料的微小差異引發的「蝴蝶效應」，提出了「自下而上」的分子構建策略。相關工作發表在《美國化學會志》上（J.Am.Chem.Soc.,DOI:10.1021/jacs.0c09800）。
  • ...佔肖衛課題組在JACS發文揭示稠環電子受體分子設計中的蝴蝶效應
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體光伏材料研究中取得新進展，揭示了稠環電子受體分子設計中起始原料的微小差異引發的「蝴蝶效應」，提出了「自下而上」的分子構建策略。相關工作發表在《美國化學會志》上（J.Am.Chem.Soc.,DOI:10.1021/jacs.0c09800）。
  • 工學院佔肖衛課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得重要進展
    最近，北京大學工學院佔肖衛課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池的研究中取得重要進展，相關工作發表在能源領域著名期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）和化學領域著名期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。
  • 北京大學工學院佔肖衛：基於PM6:Y6:PQD的太陽能電池PCE高達16.6%
    北京大學工學院佔肖衛課題組將具有強吸收、強螢光、高載流子遷移率和高介電常數的鈣鈦礦量子點摻入有機太陽能電池中，降低了能量損失，提高了器件效率，相關工作發表在《先進材料》上。2015年，佔肖衛課題組提出了稠環電子受體的概念，發明了明星分子ITIC。2018年，他們將稠環電子受體摻入鈣鈦礦太陽能電池中，提高了器件效率及穩定性。
  • 北京大學:非富勒烯受體有機太陽能電池研究獲得新進展
    北極星太陽能光伏網訊:北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，提出通過單邊延展合成稠環電子受體光伏材料的分子設計策略，相關工作發表在《美國化學會志》上（JACS, DOI: 10.1021.jacs.9b08988）。
  • 南科大何鳳團隊在三維網絡受體上取得多項研究成果
    基於在三維網絡受體方向的貢獻，何鳳受邀在著名能源和材料期刊Advanced Energy Materials上撰寫綜述性論文，系統地總結了近年來三維網絡受體的單晶結構解析和在有機太陽電池器件中的性能研究，推動了三維網絡受體在有機太陽能電池領域的發展。
  • 中科院福建物構所鄭慶東團隊《Angew》：高效非富勒烯受體材料的設計新策略：無sp3碳橋梯形稠環體系分子的聚集調控
    然而，這些伸展到p共軛骨架平面外的側鏈不可避免地破壞了受體材料分子間的緊密p-p堆積，這不利於其遷移率和光伏性能的進一步提升。使用氮原子替換梯形稠環單元上橋碳原子的策略可有效解決這一問題。不同於呈四面體構型的sp3雜化碳原子，sp2雜化的氮原子呈平面構型，由於連接在氮原子上的側鏈與梯形稠環處於同一平面內，因此能夠減少側鏈對受體材料分子間p-p相互作用的幹擾，從而提高其載流子傳輸性能。此外，與碳原子相比，氮原子上的孤對電子還有助於增強分子內電荷轉移、拓寬受體材料的吸收光譜範圍。
  • 南科大何鳳團隊合成非富勒烯三維網絡結構的高效太陽能電池受體材料
    近日，南方科技大學化學系副教授何鳳課題組在能源領域頂級期刊Joule發表最新研究成果，介紹了團隊合成的一種定位三氟甲基取代的高效有機太陽能電池受體材料，該材料可通過H/J聚集的協同作用形成具有更多電子跳躍傳輸結點的三維網絡結構，可極大改善電荷在分子間的傳輸
  • 北京大學生命科學學院吳虹課題組在Nature發文……【北大發布(4.27...
    「北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，通過側鏈和端基同時氟化策略設計併合成了具有三維堆積和激子/電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料，相關工作發表在《先進材料》上。」「北京大學信息科學技術學院電子學系、區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室李廉林研究員課題組與東南大學信息科學與工程學院崔鐵軍教授課題組等人組成的研究團隊，研製了2.4GHz這一無線保真頻段的電磁感知系統原型，實現了兆赫茲幀率的高質量微波成像和高精度肢體語言識別，為開發高效率、低能耗、低成本的感知系統開闢了新思路
  • 國科大材料學院在三線態有機太陽能電池研究領域取得進展
    從單線態到三線態的系間穿越是光物理的重要基本過程，同時，具有大量三線態的有機半導體材料在光伏、室溫磷光和光動力學領域都具有廣泛的應用前景。因此，設計併合成三線態有機半導體材料是材料領域的前沿熱點，吸引了科學家的廣泛關注。
  • 中國科學院大學黃輝教授在基於非稠環電子受體的有機太陽能電池領域取得重要進展
    近年來，溶液可加工的體異質結有機太陽能電池發展迅猛。隨著稠環電子受體設計理念的提出，一系列高效率受體材料如雨後春筍般湧現，其最高效率已超過18%。然而這類材料的合成路線一般較為複雜，總產率較低。為了增強分子內部的共平面性，這類材料的設計通常要考慮引入分子內弱相互作用力，即非共價「構象鎖」（Noncovalent conformational locks）。
  • 化學所侯劍輝課題組在氯取代有機光伏材料設計方面取得系列進展
    有機光伏（OPV）電池是一項具有重大應用前景的綠色能源技術。近年來，得益於新材料的發展，OPV電池的光伏效率取得了大幅提升，表現出巨大的實際應用潛力。面向OPV技術產業化，提升材料光伏性能的同時，必須注重對合成成本的控制。
  • 北京大學發布Advanced Energy Materials納米能源材料特刊
    該特刊為慶祝北京大學工學院材料科學與工程系（MSE）成立十周年特邀約稿，共收錄8篇綜述、11篇進展報告和1篇研究新聞熱點，綜合概括了北京大學工學院材料科學與工程系以及化學與分子工程學院、物理學院、信息科學技術學院等院系教師在納米與能源相關領域的最新研究進展。這些領域包括催化、高效能源轉化和儲存系統、低維材料與複合結構，以及多孔材料在能源和環境領域的應用。
  • 基於噻吩並噻吩擴展共軛策略的C3h對稱核的星形稠環電子受體
    與富勒烯及其衍生物相比，非富勒烯受體具有能級可調、可見光和近紅外吸收強、與給體相容性好等優點，在體異質結(BHJ)有機太陽能電池(OSCs)中得到了廣泛的應用。噻吩並噻吩(TT)單元是構建有機太陽能電池(OSCs)高性能稠環電子受體(FREAs)的經典單元。