國家納米中心提出高吸光性富勒烯材料設(shè)計(jì)新思路

隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益加劇，、低成本地利用太陽能發(fā)電已經(jīng)受到世界各國的重視。有機(jī)太陽能電池因其造價(jià)低廉、質(zhì)量輕便、可制備柔性大面積器件等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，是未來潛力的實(shí)用科技之一。有機(jī)太陽能電池的光活性材料由共軛高分子給體和富勒烯受體組成，一直以來太陽光的吸收主要依靠給體來完成，富勒烯由于其自身較差的吸光性在光電流的貢獻(xiàn)方面只能充當(dāng)配角，因此，開發(fā)高吸光性的富勒烯材料將有可能使有機(jī)太陽能電池的效率取得進(jìn)一步突破。zui近，國家納米科學(xué)中心丁黎明研究小組在這一研究方面取得進(jìn)展。

　　富勒烯的弱吸光性主要源于C60分子的高度對稱性，導(dǎo)致低能態(tài)的電子躍遷是偶極禁阻的，通過環(huán)加成反應(yīng)等傳統(tǒng)化學(xué)修飾方法并不能改變富勒烯的球形分子結(jié)構(gòu)，因此在提高富勒烯本身的吸光性方面收效甚微。于是，研究人員提出了一種大刀闊斧的設(shè)計(jì)思路——“開孔策略”，如圖所示：首先利用一系列反應(yīng)將富勒烯的骨架打開，然后將一個(gè)外部的發(fā)色團(tuán)分子“植入”富勒烯的共軛體系，得到的新分子一方面由于球形結(jié)構(gòu)被打破導(dǎo)致對稱性降低，使低能態(tài)的電子躍遷得以實(shí)現(xiàn)，另一方面由于發(fā)色團(tuán)的引入使富勒烯共軛體系得到進(jìn)一步擴(kuò)張，因此富勒烯的吸光性得到大幅提高。

　　研究人員利用上述思路合成了一種植入噻吩齊聚物的富勒烯OC60-5T，通過比較OC60-5T與C60、C70的吸收光譜可以發(fā)現(xiàn)，在很寬的光譜范圍內(nèi)（300-1100 nm），OC60-5T的吸光性能都要明顯高于C60、C70，其中在700-1100 nm，OC60-5T更是展現(xiàn)出了普通富勒烯不具備的近紅外吸收帶。理論計(jì)算表明，OC60-5T的近紅外吸收來源于噻吩齊聚物向富勒烯的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，OC60-5T的帶隙只有1.05eV，遠(yuǎn)小于母體C60的帶隙（1.9eV）。

　　該研究成果在Angewandte Chemie International Edition在線發(fā)表，并被評為熱點(diǎn)文章（Hot Paper）。審稿人也對該工作給予了高度評價(jià)。

　　該研究獲得國家自然科學(xué)基金，*“百人計(jì)劃” 和蘇州佳宏光電有限公司的支持。

 國家納米中心提出高吸光性富勒烯材料設(shè)計(jì)新思路