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《应用化学》主办“光电高分子”线上论坛圆满成功

来源:分析化学 阅读数:64 时间:2020-06-28 11:25:12

有机半导体因其在光、电、磁等方面的独特性质,已经在众多应用领域中展现出广阔的发展前景,越来越多的研究机构和公司都开始对有机半导体技术开展深入的开发和研究。因此,由有机化学、物理化学、电子信息科学和材料科学等诸多学科相互交叉的一个新兴研究领域学科——有机电子学应运而生并且蓬勃发展。有机半导体材料与器件、有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OSC)、有机场效应晶体管(OFET)以及激光器、传感器等新型有机电子元件逐渐从实验室走向产业化。有机半导体技术已经成为无机半导体技术的有力竞争者。

6月20日上午9:00~11:30,由《应用化学》杂志和中国科学院长春应用化学研究所联合编辑部主办的“光电高分子”线上论坛取得圆满成功。该线上论坛特邀嘉宾北京航空航天大学化学院孙艳明教授、南方科技大学材料科学与工程系郭旭岗教授、中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室邵世洋副研究员和刘俊研究员共同对光电高分子前沿领域进行深入的探讨和交流。



首先作报告的是孙艳明教授,他的报告题目为“纤维网络策略制备多功能有机太阳能电池”。



体相异质结形貌调控一直是有机光伏领域的研究重点和难点。电子给、受体材料在成膜过程中受结晶动力学和热力学影响,相分离行为比较复杂。因此构筑理想的体相异质结形貌极具挑战性。调控活性层的结晶度和相区纯度,通常采用的方法是引入添加剂和热/溶剂退火,但这些处理方法多是基于经验并且特别依赖于材料体系。孙艳明教授提出“纤维网络策略”来调控相分离,为构筑理想的体相异质结太阳能电池微观形貌提供了新的研究思路。孙教授利用聚合物给体的纤维结构构建了形貌框架,形成空穴传输网络,传输电子的受体则贯穿于纤维网络之间,此形态十分类似于理想的体相异质结双连续网络。活性层中的给体纤维网络可以形象比喻成一个高速公路网络,其中激子在给体纤维和受体之间的界面处被分离成电子和空穴,然后这些空穴可以沿着给体纤维的高速公路网络迅速扩散到电极,最终提高有机光伏器件性能。此外,“纤维网络策略”在制备高稳定性、厚膜、大面积以及半透明器件等方面也有重要的应用。



郭旭岗教授的报告题目是“n-型高分子半导体及其全聚合物太阳能电池”。



相比传统的有机太阳能电池,全聚合物太阳能电池具有更好的机械柔性和器件稳定性,但是高性能n型高分子半导体材料的稀缺及其对太阳光吸收的不足,全聚合物太阳能电池的发展明显滞后。郭教授在此次报告中详细汇报其课题组在酰亚胺基n型高分子半导体材料方面的系统性工作,从第一个萘二酰亚胺高分子到新近开发的梯状双噻吩酰亚胺 (BTIn, n=1-5) 高分子。并以梯状双噻吩酰亚胺高分子作为电子受体材料的全聚合物太阳能电池取得了超过9.0%的光电转换效率,并获得了大于1.0 V的开路电压,打破了萘二酰亚胺高分子半导体在全聚合物太阳能电池中的统治地位。同时,郭教授汇报了近期基于双氰基苯并噻二唑(DCNBT)的n型高分子及其全聚合物太阳能电池的最新研究进展。相比于酰亚胺基n型高分子,DCNBT高分子具有更窄带隙及更强吸收特性,解决了限制现有n型高分子半导体在全聚合物太阳能电池中应用的瓶颈。通过结构优化,基于DCNBT的n型高分子表现出超窄带隙(1.28 eV),在全聚合物电池中实现了高达10.22%的光电转换效率,光谱响应接近950 nm,这表明强拉电子的氰基基团可以用来构建超窄带隙高分子受体材料并可以获得优异的全聚合物太阳能电池器件性能。



邵世洋副研究员的报告题目是“空间电荷转移高分子荧光材料”。



高分子荧光材料具有丰富可调的发光特性和优异的溶液加工性能,是发展溶液加工型有机发光二极管(OLED)的材料基础,目前研究报道的主要集中在共轭高分子体系,其结构特征一般是电子给体与电子受体采用共轭结构连接,发光本质来源于给体到受体的分子内化学键电荷转移(through-bond charge transfer)。有别于化学键电荷转移的高分子荧光材料,邵世洋副研究员在2017年提出了“空间电荷转移高分子荧光材料”的学术概念,其结构特点是给体与受体之间采用非共轭结构连接,发光本质来源于给体与受体的空间电荷转移(through-space charge transfer),发光行为表现出易于实现蓝光发射和具有热活化延迟荧光效应等特点,并且围绕空间电荷转移高分子荧光材料的概念提出、颜色调控和效率提升三个方面进行深入的探索和系统的研究。



最后,作为本次线上研讨会的主持人,刘俊研究员做了以“硼氮配位键n型高分子与小分子半导体”为题的报告,和大家分享其课题组近期的研究进展。



常见的高分子是绝缘体。而具有单双键交替结构的共轭高分子是半导体,表现出优异的光电性质。与无机半导体相比,共轭高分子半导体具有溶液加工、低成本、柔性的突出优势,因此,共轭高分子可以用于有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管的核心材料,在显示、照明、能源、生命健康领域具有广泛的应用。半导体高分子包括p型(空穴型)和n型(电子型),n型高分子半导体的种类和数量远远少于p型高分子半导体。刘俊研究员突破了采用酰亚胺结构设计n型高分子半导体的传统思路,首次将硼氮配位键引入到n型高分子半导体的分子设计中,发展出硼氮配位键n型高分子半导体材料体系。刘俊研究员还将该思想拓展到n型有机小分子半导体的分子设计中,发展出硼氮配位键n型稠环有机小分子半导体材料体系。通过分子设计,其课题组系统地调节了硼氮配位键高分子的吸收光谱、电子能级、载流子迁移率、结晶性等。硼氮配位键n型高分子半导体可以作为电子受体材料,发展有机光伏器件。它们在全高分子太阳能电池、高分子受体/小分子给体型有机太阳能电池、全高分子室内光伏等三种器件应用中性能优异。该工作为发展n型高分子半导体提供了新的学术思想和新材料体系,为发展柔性、低成本、轻重量的有机光电器件奠定了基础。



最后,感谢《应用化学》杂志和中国科学院长春应用化学研究所联合编辑部对这次线上讲座的大力支持,为我们提供精彩报告和深入交流的机会,我们收益良多,也希望《应用化学》、《分析化学》和《化学通讯》越办越好!感谢四位特邀嘉宾汇报其课题组在光电高分子领域获得的卓越科研进展,期望他们后续能乘风破浪,继续做出漂亮的研究工作。

 

特邀嘉宾简介


孙艳明,教授,博士生导师。2002年本科毕业于山东大学化学学院。2007年在中国科学院化学研究所物理化学专业获得博士学位。之后分别在英国曼彻斯特大学和美国加州大学圣芭芭拉分校从事博士后研究。2013年9月全职回北京航空航天大学工作。2018年度获批国家杰出青年科学基金。2019年入选科睿唯安全球高被引科学家。



郭旭岗,教授,博士生导师。2009年在美国肯塔基大学获得博士学位(导师:MARK D. WATSON 教授)。2009~2012年在美国西北大学TOBIN J. MARKS 和ANTONIO FACCHETTI 教授课题组进行博士后研究。2012年加入南方科技大学任副教授,2018年晋升为正教授。2018年被聘任为广东省珠江学者特聘教授。



邵世洋,中国科学院长春应用化学研究所副研究员。中国科学院青年创新促进会优秀会员(2019年)。研究方向集中在溶液加工型有机高分子发光材料,在“空间电荷转移高分子荧光材料”和“聚芳醚非共轭高分子磷光材料”两个方面取得创新性研究成果。作为研究骨干参与国家重点研发计划子课题2项和973项目子课题1项。



刘俊,中国科学院长春应用化学研究所研究员,高分子物理与化学国家重点实验室副主任。2001年本科毕业武汉大学,2007年在长春应用化学研究所获得博士学位,2007年至2012年在德国维尔茨堡大学、美国加州大学洛杉矶分校、美国凯斯西储大学做博士后研究。2013年加入长春应用化学研究所,开展独立研究。2016年获得国家杰出青年科学基金。研究领域为光电功能高分子和全高分子太阳能电池。