導(dǎo)航欄
近日，先進(jìn)低維材料中心研究員鐘洪亮在《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表題為《一鍋法合成準(zhǔn)嵌段含氟聚合物通過(guò)二次表面重構(gòu)制備梯度異質(zhì)結(jié)》（One-pot synthesis of quasi-block fluoropolymers for gradedheterojunctions via dual resurfacing）的研究論文。該研究報(bào)道了一系列新型多氟聚合物材料，通過(guò)表面能和氟碳溶劑協(xié)同驅(qū)動(dòng)的“表面重構(gòu)”策略，成功實(shí)現(xiàn)了有機(jī)太陽(yáng)能電池中理想的梯度異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，器件效率達(dá)到19.60%。
有機(jī)太陽(yáng)能電池中，給體/受體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)激子解離和電荷輸運(yùn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的本體異質(zhì)結(jié)雖能提供充足的給受體界面，卻難以避免電荷復(fù)合損失；而梯度異質(zhì)結(jié)兼具本體異質(zhì)結(jié)的短激子擴(kuò)散距離和雙層異質(zhì)結(jié)的電荷梯度優(yōu)勢(shì)，但其溶液法制備長(zhǎng)期面臨挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一系列含七氟異丙氧基側(cè)鏈的多氟聚合物。研究發(fā)現(xiàn)，氟化單體與普通單體因反應(yīng)活性差異顯著，在一鍋法聚合中可形成準(zhǔn)嵌段共聚物（qb-PF20），其結(jié)構(gòu)和性能可與兩步法合成的嵌段共聚物（b-PF20）媲美，顯著優(yōu)于無(wú)規(guī)共聚物（ra-PF20）。由于氟化嵌段具有極低的表面能，這些氟聚合物在溶液成膜過(guò)程中會(huì)發(fā)生“分層”現(xiàn)象——氟化嵌段自發(fā)向薄膜表面遷移。在順序沉積制備活性層時(shí)，小分子受體溶液旋涂于氟聚合物薄膜之上，受體向下滲透的同時(shí)伴隨著給體的向上自發(fā)移動(dòng)，從而形成垂直方向的給體/受體梯度分布。
圖1｜ 通過(guò)一鍋法合成的準(zhǔn)嵌段氟聚合物（qb-PF20），其性能媲美傳統(tǒng)兩步法合成的嵌段共聚物。
為進(jìn)一步優(yōu)化梯度分布，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入“氟碳溶劑蒸氣退火”（FSVA）器件工程策略。利用多氟聚合物在氟碳溶劑中的獨(dú)特溶解性，F(xiàn)SVA處理可誘導(dǎo)多氟聚合物再次向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二次表面重構(gòu)，獲得更均勻的梯度異質(zhì)結(jié)?；趒b-PF20的優(yōu)化器件獲得了19.60%的能量轉(zhuǎn)換效率，并展現(xiàn)出優(yōu)異的批次重現(xiàn)性和普適性。
圖2｜ 順序沉積+FSVA處理，通過(guò)二次表面重構(gòu)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)梯度異質(zhì)結(jié)。
鐘洪亮課題組博士生何智龍、李思源為論文共同第一作者，鐘洪亮研究員為論文唯一通訊作者，東華大學(xué)為第一通訊單位，東華大學(xué)唐正課題組、西安交通大學(xué)魯廣昊課題組、浙江大學(xué)李昌治課題組和左立見(jiàn)課題組對(duì)本工作也做出了重要貢獻(xiàn)。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、上海交通大學(xué)海洋交叉學(xué)科項(xiàng)目及我?？蒲袉?dòng)經(jīng)費(fèi)的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-71721-4
視頻： 攝影： 撰寫(xiě)： 信息員：張妮 編輯：王金輝
