國家納米中心提出高吸光性富勒烯材料設計新思路

　　隨著能源危機、環境污染等問題日益加劇，高效、低成本地利用太陽能發電已經受到世界各國的重視。有機太陽能電池因其造價低廉、質量輕便、可制備柔性大面積器件等優點而倍受關注，是未來最具潛力的實用科技之一。有機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方面只能充當配角，因此，開發高吸光性的富勒烯材料將有可能使有機太陽能電池的效率取得進一步突破。最近，國家納米科學中心丁黎明研究小組在這一研究方面取得進展。

　　富勒烯的弱吸光性主要源于C60分子的高度對稱性，導致低能態的電子躍遷是偶極禁阻的，通過環加成反應等傳統化學修飾方法并不能改變富勒烯的球形分子結構，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計思路——“開孔策略”，如圖所示：首先利用一系列反應將富勒烯的骨架打開，然后將一個外部的發色團分子“植入”富勒烯的共軛體系，得到的新分子一方面由于球形結構被打破導致對稱性降低，使低能態的電子躍遷得以實現，另一方面由于發色團的引入使富勒烯共軛體系得到進一步擴張，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的吸收光譜可以發現，在很寬的光譜范圍內(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更是展現出了普通富勒烯不具備的近紅外吸收帶。理論計算表明，OC60-5T的近紅外吸收來源于噻吩齊聚物向富勒烯的分子內電荷轉移。電化學實驗表明，OC60-5T的帶隙只有1.05eV，遠小于母體C60的帶隙(1.9eV)。

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

　　該研究獲得國家自然科學基金，中國科學院“百人計劃” 和蘇州佳宏光電有限公司的支持。

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　高吸光性富勒烯材料設計新思路——“開孔策略”