黄辉教授团队在非共价构象锁研究取得新进展
文/图 李聪琪
非共价“构象锁”是通过分子内弱相互作用力实现对平面构象锁定，增强共轭骨架共平面性和刚性，从而提高载流子迁移率的分子设计策略。这一策略是由黄辉教授与美国西北大学的Tobin J. Marks教授等人在2012年共同提出，目前已经广泛应用于有机太阳能电池、有机光电探测器以及有机场效应晶体管等领域，逐渐发展成为设计高性能有机/高分子半导体材料的重要设计策略之一。
黄辉教授团队长期致力于非共价“构象锁”的基础研究并探索其在光电材料领域中的应用，取得了一系列重要科研成果，多次发表于国内外高水平学术期刊（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 12475. 2021, 60, 17720. Adv. Mater. 2017, 29, 1606025. Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1803012. Adv. Funct. Mater. 2022, 2112433. 2021, 2108861. 2018, 28, 1800135. 2014, 24, 2782-2793. Sci. China Chem. 2022, 65, 926. 2021, 64, 228. 2018, 64, 228. Chem. Rev. 2017, 117, 10291.）。
近日，黄辉教授、张昕副教授团队在非共价“构象锁”研究方面再次取得新进展，成功的将这一策略应用于有机太阳能电池固体添加剂分子的设计，并有效提升了太阳能电池的性能。在本工作中，该团队以固体添加剂分子的构象调控作为研究的切入点，分别设计合成了扭曲型固体添加剂SAD1，以及平面型固体添加剂SAD2（引入S···O非共价“构象锁”）。通过系统深入的对比研究，该团队揭示了该类固体添加剂的工作机理，发现固体添加剂分子的构象对调控活性层形貌以及提高光伏器件性能起着至关重要的影响。最后，通过平面型固体添加剂SAD2处理的有机太阳能器件获得了18.85%的光电转化效率（中国计量科学研究院的认证效率为18.7%），创造了单异质结二元器件的最高记录值。该研究不仅初步阐明了固体添加剂的工作原理，同时也进一步展示了非共价“构象锁”策略在分子设计方面的应用潜力。
相关研究成果以“Achieving Record-Efficiency Organic Solar Cells upon Tuning the Conformation of Solid Additives”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，并被遴选为封面文章。2020级直博生李聪琪为该工作的第一作者，黄辉教授和张昕副教授为通讯作者。上述工作得到国家自然科学基金委、中科院前沿与教育局、中国科学院青年创新促进会以及中国科学院大学等项目的资助。
