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材料学院占肖卫课题组在《自然综述化学》发表稠环电子受体材料的邀请综述

发布者:  时间:2022-08-09 11:26:26  浏览:

太阳能电池是一种利用光伏效应将安全、绿色、可再生的太阳能转换为电能的器件。有机太阳能电池具有成本低、质量轻、环境友好、可实现半透明、可采用卷对卷印刷制备大面积柔性器件等突出优点,在分布式光伏和“光伏+”应用方面前景广阔,可助力实现国家“双碳”战略目标。有机太阳能电池的活性层一般由电子给体和电子受体材料组成。富勒烯是一类重要的碳基半导体材料,曾于1996年获得诺贝尔化学奖,其重要应用之一是用作有机太阳能电池的电子受体,2015年以前一直占据主导地位。然而,其分子结构决定其存在一些难以克服的缺点,如合成和纯化难、可见光吸收弱、能量损失大、形貌稳定性差,其器件效率已触碰天花板,严重制约了有机太阳能电池的可持续发展和产业化进程,整个领域因电子受体材料这块短板遭遇发展瓶颈。因此,发展高性能的新型受体材料是该领域的关键科学问题和挑战性难题。

威斯尼斯人娱乐2299官方进入占肖卫课题组长期致力于有机太阳能电池非富勒烯受体材料的研究。占肖卫团队是国际上最早从事非富勒烯受体研究的课题组之一。2006年,他们率先在国内开展了非富勒烯受体的研究,报道了世界上第一个基于芳香稠环酰亚胺的高分子受体(J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 7246,被引1150余次,来自Google Scholar)。经过近十年坚持不懈的探索,他们于2015年创制了“明星分子”ITIC(Adv. Mater., 2015, 27, 1170,被引2790余次),并原创性地提出了稠环电子受体(Fused-Ring Electron Acceptor,缩写FREA,又称稠环受体Fused-Ring Acceptor,缩写FRA)的概念。稠环电子受体使有机太阳能电池的效率实现了飞跃,现已超过20%,远优于富勒烯体系(12%)。稠环电子受体解决了富勒烯等经典受体不能解决的核心科学问题,突破了领域瓶颈,颠覆了传统的富勒烯体系,开启了领域的“非富勒烯时代”。稠环电子受体吸引了来自20余个国家的350余个研究组的广泛关注和竞相跟进,现已被广泛应用于可再生能源(如有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池和光解水制氢)、信息技术(如场效应晶体管、光电探测器、发光二极管和非线性光学)和生命健康(如光热诊疗和光动力诊疗)等诸多领域。国内外同行用里程碑、划时代、变革性、开创性、先驱性、重要突破、明星分子等高度评价稠环电子受体。

最近,占肖卫团队在《自然综述化学》发表了题为“The principles, design and applicationsof fused-ring electron acceptors”的邀请综述(Nat. Rev. Chem., 2022, DOI:10.1038/s41570-022-00409-2),系统总结了稠环电子受体的基本科学原理、分子设计策略和功能应用,并指出了领域目前面临的挑战和未来的发展方向。这篇综述是《自然综述化学》上发表的第一篇有机太阳能电池的论文。迄今为止,《自然》子刊一共发表了5篇以非富勒烯受体为主题的综述,其中占肖卫为独立通讯作者的论文2篇(Nat. Rev. Mater., 2018, 3, 18003,被引1830余次;Nat. Rev. Chem., 2022, DOI:10.1038/s41570-022-00409-2),为共同通讯作者的论文1篇(Nat. Photon., 2018, 12, 131-142,被引1270余次)。

稠环电子受体的应用示意图

占肖卫课题组王嘉宇博士是这篇论文的第一作者,占肖卫是通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委等的资助。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41570-022-00409-2