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富勒烯è¡ç”Ÿç‰©å…ähœ‰ä¼˜å¼‚的电(sh¨´)åå—体性质ã€è‰¯å¥½çš„环境½E›_®šæ€§ä»¥å?qi¨¢ng)å¯ä½Žæ¸©æº¶æ¶²åŠ å·¥½{‰ç‰¹æ€§ï¼Œå…¶ä¸æ˜Žæ˜Ÿå¯Œå‹’烯分å[6,6]-苯基-C61-ä¸é…¸ç”²é…¯(PCBM)å·²ç»è¢«å¹¿æ³›ç”¨ä½œé’™é’›çŸ¿å¤ªé˜³èƒ½ç”µ(sh¨´)æ± ä¸çš„电(sh¨´)åä¼ è¾“æ料。但是，PCBM需è¦å¤šæ¥åŒ–å¦åˆæˆï¼Œå应æ¡äšg剧烈åQŒå˜åœ¨æˆæœ¬é«˜ã€äñ”率低½{‰é—®é¢˜ã€‚Pratoå应å¯ä¸€æ¥å®žçŽ°å¯Œå‹’烯的功能化修饰åQŒåŽŸæ–™æ˜“商业获得åQŒä¸”å应½Ž€å•ã€æ¡ä»¶æ¸©å’Œï¼Œå…¶äñ”物富勒烯å¡å’¯çƒ¯‚¡ç”Ÿç‰©æ›¾ä½œä¸ºç”µ(sh¨´)åå—体被òq¿æ³›åº”用于有机太阌™ƒ½ç”‰|± ä¸ã€‚然而在钙钛矿太阌™ƒ½ç”‰|± 领域åQŒé«˜æ•ˆçš„富勒烯å¡å’¯çƒ·ç”?sh¨´)åä¼ è¾“ææ–™å´é²œæœ‰æŠ¥é“，˜q™æ˜¯ç”׃ºŽå¯Œå‹’烯è¡ç”Ÿç‰©çš„化å¦ç»“构与器äšgçš„å…‰ä¼æ€§èƒ½ä¹‹é—´çš„构效关¾pÕd°šä¸æ˜Ž¼‹®ã€?
鉴于æ¤ï¼ŒåŒ—京大å¦æ·±åœ³ç ”究生院æ¨ä¸–和教授团队è”åˆå¹¿è¥¿å¸ˆèŒƒå¤§å¦æŽå§æ…§å‰¯æ•™æŽˆå›¢é˜Ÿåœ¨ã€?strong>Advanced Functional Materials》期刊上å‘表了题为â€?strong>Multifunctional Molecular Design of a New Fulleropyrrolidine Electron Transport Material Family Engenders High Performance of Perovskite Solar Cellsâ€çš„æ–‡ç« (DOI: 10.1002/adfm.202107695)。作者对富勒烯è¡ç”Ÿç‰©åˆ†å˜q›è¡Œåˆç†è®¾è®¡åQŒéµå¾ªå¢žåŠ 溶解度和分åé—´ç›æ€º’作用的ç–略，åŸÞZºŽâ€œåˆšæŸ”åƈ‹¹Žâ€çš„ç†å¿µæ出新的分å模型åQŒåˆæˆå‡ºä¸€¾pÕdˆ—新型富勒烯å¡å’¯çƒ·è¡ç”Ÿç‰©ï¼Œæœ€¾lˆèŽ·å¾—了‘…过20%çš„å…‰ç”?sh¨´)è{化效率，˜q™æ˜¯ç›®å‰å…‰ç”µ(sh¨´)转化效率最高的富勒烯å¡å’¯çƒ·ç”?sh¨´)åä¼ è¾“æ料。åŒæ—Óž¼Œ˜q™ä¸€¾pÕdˆ—富勒烯å¡å’¯çƒ·è¡ç”Ÿç‰©çš„最高äñ”率超˜q?0%åQŒè¿œé«˜äºŽæ˜Žæ˜Ÿåˆ†åPCBMçš„äñ”率，有利于大规模åˆæˆç”Ÿäñ”ã€‚æ–‡ç« ä¸ä½œè€…结åˆå•æ™¶åˆ†æžã€ç†è®ø™®¡½Ž—和器äšg表å¾åQŒå›´¾l•ç€¼„³ç¬¼ä¸ŠåŠ æˆåŸºå›¢çš„ž®ºå¯¸æ•ˆåº”和推拉电(sh¨´)å效应，深入探究了富勒烯的分å结构特性与器äšgçš„å…‰ä¼å‚æ•îC¹‹é—´çš„构效关系åQŒäØ“(f¨´)设计性能优异的富勒烯ç”?sh¨´)åä¼ è¾“ææ–™æ供了新æ€èµ\ã€?
1ã€?nbsp;富勒烯分å的设计ã€åˆæˆåŠ(qi¨¢ng)å•æ™¶ç ”究
作者基于钙钛矿太阳能电(sh¨´)æ± çš„åˆ¶å¤‡å·¥è‰ºä¸Žç»“æž„ç‰¹ç‚¹ï¼Œæ出一¿U新的富勒烯分å设计模型åQŒåˆ†ä¸ºç¢³½W?ç”?sh¨´)åå—ä½“æ ¸å¿?ã€å¢žæº¶åŸºå›?å¢žåŠ æº¶è§£åº?和πå…Þp½åŸºå›¢(å¢žåŠ åˆ†å间作用力)三个部分。通过选å–ä¸åŒçš„增溶基å›?甲基ã€æ°°ä¹™åŸº)和πå…Þp½åŸºå›¢(å™Õd©ã€äºŒå™Õd©ã€ä¸‰å™Õd©ã€è‹¯)˜q›è¡Œå¯ÒŽ(gu¨©)¯”åQŒåˆæˆäº†ä¸€¾pÕdˆ—富勒烯å¡å’¯çƒ·è¡ç”Ÿç‰?F1-F7)。通过å•æ™¶è¡å°„分æžåQŒå‘çŽîC½“¿U¯è¾ƒ?y¨u)®çš„甲基对于盔R‚»åˆ†åé—´çš„ä½œç”¨å‡ ä¹Žæ²¡æœ‰è´¡çŒ®åQŒè€Œæ°°ä¹™åŸºå¯¹äºŽç›”R‚»¼„³ç¬¼çš„å–å‘è“v到调控作用，πå…Þp½åŸºå›¢çš„引入则为相é‚?c¨¨)¢³½W¼å¢žåŠ 了π-π作用ä½ç‚¹ã€‚分å间强的ç›æ€º’作用å¯ä¿ƒä½¿å¯Œå‹’烯¼„³ç¬¼è§„åˆ™å †ç§¯åQŒæœ‰åˆ©äºŽç”?sh¨´)å在碳½W¼é—´çš„è·ƒ˜qä¼ è¾“ã€?
å›? (a)富勒烯分å设计模型示æ„图åQ?b)富勒烯分å的化妾l“æž„åQ?c-f)å•æ™¶ä¸ç›¸é‚Õdˆ†å间的相互作用示æ„图ã€?
2ã€?nbsp;富勒烯分åçš„ç†è®ºæ¨¡æ‹Ÿ
借助ç†è®ºè®¡ç®—åQŒä½œè€…å‘çŽ?个富勒烯分åçš„LUMO轨é“ç”?sh¨´)å云å‡å®Œå…¨åˆ†å¸ƒåœ¨ç¢³½Wég¸ŠåQŒè¯æ˜Žäº†7个分åçš„ç”?sh¨´)åå—体性质。当πå…Þp½åŸºå›¢ä¸ÞZ½“¿U¯ç›¸å¯¹è¾ƒ?y¨u)®çš„å™Õd©å’Œè‹¯æ—Óž¼Œ HOMO轨é“ç”?sh¨´)å云ä»å®Œå…¨åˆ†å¸ƒåœ¨ç¢³½Wég¸Šã€‚有‘£çš„是，当进一æ¥å¢žå¤§Ï€å…Þp½åŸºå›¢çš„体¿U?nbsp;(二噻å©ã€ä¸‰å™Õd©) æ—Óž¼Œ HOMO轨é“ç”?sh¨´)å云分布é€æ¸ç”Þq¢³½W¼å‘Ï€å…Þp½åŸºå›¢è½¬ç§»åQŒç›´è‡›_®Œå…¨è{¿U»è‡³Ï€å…Þp½åŸºå›¢ä¸Šã€‚这是由于富ç”?sh¨´)åå™Õd©å…ähœ‰ç”?sh¨´)å¾l™ä½“(D)性质åQŒç¼ºç”?sh¨´)弄³ç¬¼å…ähœ‰ç”?sh¨´)åå—ä½?A)性质åQŒå®ƒä»¬ä¹‹é—´å¯èƒ½å˜åœ¨D-Açš„é™ç”?sh¨´)作用。进一æ¥é€šè¿‡åˆ†å表é¢é™ç”µ(sh¨´)势的模拟åQŒéªŒè¯äº†å™Õd©ç›¸æ¯”苯环å…ähœ‰æ›´è´Ÿçš„电(sh¨´)势能。D-A作用力ä‹É得分å具有更强的å¶æžä½œç”¨åQŒåŒæ ähœ‰åˆ©äºŽç”?sh¨´)å在碳½W¼é—´å‘生跃è¿ã€?
å›? (a)分åçš„LUMO轨é“ç”?sh¨´)å云分布图åQ?b)分åçš„HOMO轨é“ç”?sh¨´)å云分布图åQ?c)分å的表é¢é™ç”?sh¨´)势模拟图ã€?
3ã€?nbsp;富勒烯分åçš„ç”?sh¨´)åæ€§è´¨ç ”ç©¶
作者进一æ¥å¯¹ä¸åŒå¯Œå‹’烯分å在液相和固ç›æ€¸çš„电(sh¨´)å性质˜q›è¡Œè¡¨å¾ã€‚对ä¸åŒå¯Œå‹’烯分å进行了液相ä¸åó@环ä¼å®‰æµ‹è¯•ï¼Œå¾—到富勒烯分åçš„LUMO能çñ”åQŒè¯å®žä¸Žé’™é’›çŸ¿çš„能çñ”完全匚w…。分别对ä¸åŒå¯Œå‹’烯薄膜的ç”?sh¨´)å˜q移率和è§å…‰å…‰è°±˜q›è¡Œå¯ÒŽ(gu¨©)¯”ç ”ç©¶åQŒå‘çŽ°ç›®æ ‡åˆ†åF4是这一¾pÕdˆ—富勒烯å¡å’¯çƒ·è¡ç”Ÿç‰©ä¸æ½œåœ¨çš„最优电(sh¨´)åä¼ è¾“ææ–™ã€?
å›? (a)分åçš„åó@环ä¼å®‰æ›²¾U¿å›¾åQ?b)分å的电(sh¨´)åè¿¿UÈŽ‡åQ›å¯Œå‹’烯基器件的(c)½EÏx€è§å…‰å…‰è°±å’Œ(d)瞬æ€è§å…‰å…‰è°±å›¾ã€?br />
4ã€?nbsp;åŸÞZºŽå¯Œå‹’烯分å的器äšgæ€§èƒ½ç ”ç©¶
作者将˜q™ä¸€¾pÕdˆ—富勒烯å¡å’¯çƒ·è¡ç”Ÿç‰©åº”用于钙钛矿太阌™ƒ½ç”‰|± ä¸ï¼Œ¾l“æžœè¡¨æ˜Žç›®æ ‡åˆ†åF4å…ähœ‰æœ€é«˜è¶…˜q?0%çš„å…‰ç”?sh¨´)è{化效率，òq¶ä¸”器äšgå…ähœ‰å¯å¿½ç•¥çš„˜qŸæ»žçŽ°è±¡ã€‚该¾l“果与富勒烯分åçš„å•æ™¶ç ”½I¶ã€ç†è®ºæ¨¡æ‹Ÿã€æ¶²ç›?固相ä¸ç”µ(sh¨´)å性质的分æžé¢„‹¹‹ç»“果相åÕdˆåQŒè¯å®žäº†å¼•å…¥æ°îC¹™åŸºå’Œå™Õd©åŸºå›¢åœ¨åˆ†å设计上的优异性与å¯é 性。åŒæ—Óž¼Œæœ€ä¼˜å™¨ä»¶è¡¨çŽ°å‡ºå¤§äºŽ19%的稳æ€è¾“出效率和‘…过1000ž®æ—¶çš„稳定性，è¯æ˜Žè¯¥ç›®æ ‡åˆ†å确是一¿U高效ã€ç¨³å®šçš„富勒烯å¡å’¯çƒ·ç”?sh¨´)åä¼ è¾“ææ–™ã€?
å›? (a)钙钛矿太阌™ƒ½ç”‰|± 的结构示æ„图åQ?b)器äšg的扫æ电(sh¨´)镜截é¢å›¾åQ?c)最优器件的J-Væ£å扫曲¾U¿ï¼›(d)最优器件的外é‡å效率曲¾U¿ï¼›(e)最优器件在最大功率点下的½EÏx€è¾“出曲¾U¿ï¼›(f)最优器件的½E›_®šæ€§æµ‹è¯•ã€?br />
5ã€?nbsp;富勒烯分å结构与器äšgå…‰ä¼å‚数之间构效关系的探½I?/strong>
作者深入对比了7个富勒烯分åçš„å„™åÒŽ(gu¨©)€§è´¨åQŒç»“åˆç‰©ç†å…¬å¼ï¼Œæ€È»“å‡?个富勒烯分å的化å¦ç»“构与器äšgçš„å…‰ä¼å‚æ•?ž®¤å…¶æ˜¯å¡«å……å› å?之间的构效关¾p»ï¼Œæœ‰åŠ©äºŽåŠ 深对富勒烯分å设计的ç†è§£ã€?
â‘?富勒烯分åçš„åŠ æˆæ¨¡å¼å’Œä¾§é“‘ÖŸºå›¢ç§¾cÕd¾ˆå¤§ç¨‹åº¦å†³å®šäº†å¯Œå‹’烯è¡ç”Ÿç‰©çš„溶解度åQŒè‰¯å¥½çš„溶解度有利于制备ç†æƒ³çš„电(sh¨´)åä¼ è¾“å±‚è–„è†œåQŒä»Žè€Œä¼˜åŒ–器件内部的界é¢æŽ¥è§¦åQŒæå‡å™¨ä»¶çš„å¡«å……å› åã€?
â‘?引入ä¸åŒç”?sh¨´)å性质的侧铑֟ºå›¢ï¼Œèƒ½å¤Ÿè°ƒèŠ‚分åé—´çš„ç›æ€º’作用(例如π-Ï€ã€D-A)åQŒä»Žè€Œä¼˜åŒ–富勒烯分å的电(sh¨´)å性质。良好的ç”?sh¨´)åä¼ è¾“æ€§èƒ½æœ‰åˆ©äºŽé™ä½Žå™¨ä»¶å†…部的串è”ç”?sh¨´)阻åQŒä»Žè€Œæå‡å™¨ä»¶çš„å¡«å……å› åã€?
â‘?ž®ºå¯¸å¤ªå¤§çš„侧铑֟ºå›¢ä¼š(x¨¬)ç–远盔R‚»çš„碳½Wû|¼Œä»Žè€Œå¢žåŠ 电(sh¨´)åè·ƒ˜q需è¦å…‹æœçš„能垒。尺寔R€‚宜的侧铑֟ºå›¢å¯åœ¨ä¸ç ´å¼„³ç¬¼ç´§å¯†å †ç§¯çš„基¼‹€ä¸Šï¼Œå‘挥功能化作用增强富勒烯的电(sh¨´)åä¼ è¾“æ€§è´¨åQŒå¢žåŠ 器件内部的òq¶è”ç”?sh¨´)阻åQŒæœ‰åŠ©äºŽæå‡å™¨äšgçš„å¡«å……å› åã€?
â‘?¾l“åˆå™¨äšgçš„ç†æƒ›_› å测试，富勒烯分åçš„ç”?sh¨´)åä¼ è¾“æ€§è´¨å¯ä»¥é€šè¿‡å™¨äšg内部的电(sh¨´)åæå–æŸå¤±å’Œç”?sh¨´)åä¼ è¾“æŸå¤±æ¥é‡åŒ–，更å°çš„æŸå¤±æœ‰åˆ©äºŽå™¨äšgèŽ·å¾—æ›´é«˜çš„å¡«å……å› åã€?
å›? 富勒烯è¡ç”Ÿç‰©çš„化å¦ç»“构与器äšgçš„å…‰ä¼å‚æ•îC¹‹é—´çš„构效关系½Cºæ„å›?
该工作ä¸ä»…æ供了一¿U高效的富勒烯å¡å’¯çƒ·è¡ç”Ÿç‰©æ¨¡åž‹ï¼Œè€Œä¸”帮助ç†æ¸…了ä¸åŒå¯Œå‹’烯分å的结构特性与器äšgçš„å…‰ä¼å‚æ•îC¹‹é—´çš„构效关系åQŒäØ“(f¨´)未æ¥è®¾è®¡æ–°åž‹é«˜æ•ˆå¯Œå‹’烯电(sh¨´)åä¼ è¾“ææ–™æ供了行之有效的ç–ç•¥ã€‚åŒ—å¤§æ·±ç ”é™¢æ¨ä¸–和教授团队的åšå£«åŽé‚¢èˆŸäØ“(f¨´)本文½W¬ä¸€ä½œè€…，åˆä½œæ–¹å¹¿è¥¿å¸ˆèŒƒå¤§å¦æŽå§æ…§å‰¯æ•™æŽˆä¸Žæ¨ä¸–和教授äØ“(f¨´)本文的共åŒé€šè®¯ä½œè€…，对该工作åšå‡ºäº†èµA(ch¨³)献的˜q˜åŒ…括åˆä½œæ–¹åŽ¦é—¨å¤§å¦å’Œé¦™æ¸¯åŸŽå¸‚大å¦ã€‚本è¯ùN¢˜å¾—到了国家自然科å¦åŸºé‡‘ã€å¹¿ä¸œçœåŸºç¡€ä¸Žåº”ç”¨ç ”½I¶åŸºé‡‘ã€æ·±æ¸¯åˆä½œç ”½I‰™¡¹ç›®ã€æ·±åœ›_¸‚å”雀团队™å¹ç›®ã€å—山领航计划ã€ä¸å›½åšå£«åŽ¿U‘å¦åŸºé‡‘和广西çœè‡ªç„¶¿U‘å¦åŸºé‡‘½{‰é¡¹ç›®çš„支æŒã€?
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107695