• 李闯创课题组完成高难度明星分子Vinigrol的最短全合成 近日,我?菜鸟彩票最新网址;到淌诶畲炒纯翁庾樵诠识ゼ饣诳睹拦Щ嶂尽罚↗ournal of the American Chemical Society,简称JACS)发表论文,报道了明星天然产物Vinigrol的高效不对称全合成。
    权泽卫课题组在《先进材料》发表重要研究进展 近日菜鸟彩票最新网址,南科大化学系教授权泽卫课题组在新型纳米金属间化合物领域取得最新进展菜鸟彩票最新网址,该成果发表在材料领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials菜鸟彩票最新网址,IF:25.806)菜鸟彩票最新网址。
    化学系徐晶课题组在《美国化学会志》发表成重要进展 近日,徐晶课题组再次在复杂笼状天然产物全合成领域取得重要进展菜鸟彩票最新网址,在《美国化学会志》发表重要研究论文,报道复杂笼状虎皮楠生物碱Caldaphnidine O的国际首次全合成菜鸟彩票最新网址。
    化学系徐晶课题组在《美国化学会志》发表成果 近日,我?;蹈苯淌谛炀Э翁庾槌晒Φ赝瓿闪烁丛踊⑵ら锛頓apholdhamine B及其内酯衍生物的对映选择性全合成工作,相关研究成果在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)上发表。
    化学系刘心元课题组在自由基不对称化学领域取得重要研究进展 近日,我?菜鸟彩票最新网址;到淌诹跣脑翁庾樵诓欢猿铺绩C碳键偶联领域取得了重要研究进展。研究成果近期在《自然化学》(Nature Chemistry,IF:23.193)在线发表。
    化学系黄文忠课题组在《美国化学会志》发表最新研究成果 近日,我?;蹈苯淌诨莆闹铱翁庾槌晒铣闪艘幌盗懈叻⒐馇慷鹊念?III)配合物,并首次将其应用于有机电致发光二极管,取得重要研究进展。该成果在国际顶尖化学期刊《美国化学会志》

    2020-04-13     科研新闻


    我系何凤课题组合成非富勒烯三维网络结构的高效太阳能电池受体材料

           近日,我系副教授何凤课题组在能源领域顶级期刊Joule发表最新研究成果,介绍了团队合成的一种定位三氟甲基取代的高效有机太阳能电池受体材料,该材料可通过H/J聚集的协同作用形成具有更多电子跳跃传输结点的三维网络结构菜鸟彩票最新网址,可极大改善电荷在分子间的传输,大幅提高器件性能。



          有机非富勒烯小分子受体材料由于设计合成简单菜鸟彩票最新网址菜鸟彩票最新网址,在可见光甚至是近红外区域有较强吸收菜鸟彩票最新网址,且能级可调菜鸟彩票最新网址,因而近年来受到了越来越多的关注菜鸟彩票最新网址,其研究也取得了突破性进展菜鸟彩票最新网址。尤其是基于稠环单元的小分子受体材料,通过优化其稠环单元结构,调整烷基侧链,以及引入卤原子等方法,可以使其单节太阳能电池的能量转换效率突破16%菜鸟彩票最新网址。其中,卤原子的引入可以有效调控这类小分子的吸收光谱以及能级分布,是一种非常简单有效的提升非富勒烯有机太阳能电池器件性能的途径。大多数小分子受体材料引入氟、氯或者溴原子后吸收光谱移,HOMO和LUMO能级降低,电子迁移率提升,结晶性改善,进而得到更好的器件性能。然而,相比引入单个卤原子,三氟甲基官能团对有机太阳能电池受体的影响却鲜有报道。

           课题组成功设计并合成了三氟甲基化的端基IC-CF3m,并使用重结晶分离策略得到了三氟甲基定位取代的端基IC-CF3γ, 两者与BT-2CHO发生Knoevenagel缩合反应,得到了两个窄带隙小分子BTIC-CF3m和BTIC-CF3γ。研究发现,相较于氟原子取代的BTIC-F-m和氯原子取代的BTIC-Cl-m,BTIC-CF3γ吸收光谱红移幅度更大,其吸收边达到了951nm,对应的光学带隙为1.3eV,属于超窄带隙受体的范畴菜鸟彩票最新网址,这极大地得益于三氟甲基超强的吸电子能力菜鸟彩票最新网址。


    图1. 受体分子结构以及其吸收光谱和能级结构示意图


    图2. BTIC-CF3γ受体分子的单晶结构


          通过研究BTIC-CF3γ分子的单晶结构,团队发现BTIC-CF3γ分子中S???O=C构型互锁的Y型平面结构,使中心的两个端基位于骨架的同一侧菜鸟彩票最新网址。对于常见的小分子受体体系,分子间主要通过端基与端基之间的π-π相互作用堆积形成J聚集主导的分子排列。而在BTIC-CF3γ的单晶中菜鸟彩票最新网址,研究人员发现,分子间不仅存在端基与端基之间的J聚集,还有稠环核心之间的堆积形成的H聚集,因此BTIC-CF3γ分子间的堆积具有J-聚集和H-聚集交互的分子排列堆积特征菜鸟彩票最新网址,这种排列堆积方式能形成更多的分子间结点菜鸟彩票最新网址,更有利于载流子的高效传输。此外,三氟甲基的引入并没有因为位阻效应破坏分子间的堆积,反而形成了三氟甲基与硫原子之间强的多重相互作用。这些多重分子间相互作用和H/J聚集的协同作用使BTIC-CF3γ形成了一个具有更多电子跳跃传输结点的三维网络结构,这类似于富勒烯材料中各向同性的传输菜鸟彩票最新网址,可极大加快电荷在分子间的传输,显著改善器件性能。


    图3. 太阳能电池器件数据


          在器件研究中,研究人员将BTIC-CF3γ体PBDB-TF共混,所制备的太阳能电池器件能量转化效率可达15.59%,而基于氟取代的BTIC-F-m和氯取代的BTIC-Cl-m器件效率分别只有13.61%和13.16%,这得益于BTIC-CF3γ超窄的带隙以及显著红移的吸收光谱。值得注意的是,15.59%的效率在超窄带隙材料(带隙小于等于1.30eV)中是目前文献报道的最高值。再将BTIC-CF3γ与Y6,PBDB-TF共混制备三元器件后,其能量转化效率更是达到了16.50%,进一步显示出BTIC-CF3γ在三元体系等器件结构中的巨大应用价值。

          在该研究中菜鸟彩票最新网址,团队成功地将三氟甲基引入到稠环电子受体中,得到了超窄带隙受体BTIC-CF3γ,并将其应用于太阳能电子器件中菜鸟彩票最新网址,极大地提高了器件的能量转换效率,充分体现出光谱红移和超窄带隙的优势菜鸟彩票最新网址,在多元体系、半透明器件和叠层器件应用方面展示出非常有潜力的前景菜鸟彩票最新网址。更重要的是,BTIC-CF3γ的单晶结构有助于研究人员从分子层面理解这类分子的堆积形式以及分子间相互作用菜鸟彩票最新网址,也为进一步设计新的高性能材料提供了有利的依据和指导。

           2017级南科大-哈工大联培直博生赖寒健是论文第一作者,南科大化学系博士后赵巧巧、陈子毅和前沿与交叉科学研究院研究助理教授陈晖为文章共同第一作者,化学系副教授何凤为通讯作者,南方科技大学为第一单位和唯一通讯单位。此外,华南理工大学郑楠博士、南科大化学系副教授张元竹、2016级南科大-北大联培博士生晁鹏杰菜鸟彩票最新网址、2016级南科大-澳门大学联培博士生莫代泽、2018级南科大-哈尔滨工业大学联培博士生祝育林以及南科大2017级本科生朗咏雯也对该文有重要贡献。

           本项研究得到了国家自然科学基金、深圳基础研究计划、深圳市诺贝尔奖科学家实验室、广东省创新创业团队项目和南方科技大学分析测试中心的大力支持。

     

    文章链接:

    https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.02.004


    来源:南方科技大学新闻网



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