地区：上海市 宝山区
关键词：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004432
成果描述：
| 共轭聚合物是一类在主链上具有大π电子离域的可实现光电相互转换的功能高分子。作为一种新型的有机功能材料，既具有半导体的电子性质，又具有聚合物的可溶液加工和柔性等突出特点，在有机电致发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）、有机太阳能电池（OSC），甚至吸附分离等多个领域引起了科学家和产业界的广泛关注，形成了持续的研究热潮。申请者从2010年起一直专注于新型共轭聚合物的设计合成及其在能源与环境领域的应用：光电转换和气体及有机污染物的吸附分离与储存。在当下能源消费需求逐年增加以及全球气候变化和环境污染问题日渐凸出的背景下，基于共轭聚合物为主要承载体的新能源和环境治理的基础研究就显得更具紧迫性，同时也拥有广阔的应用前景。 聚合物太阳能电池（PSC）凭借其能够采用低成本的溶液加工方法大面积制备质轻、柔性电池器件等优势而备受关注，很快成为了太阳能电池研究的热点，并在日常生活、高新技术等多个领域有着巨大的应用前景，尤其是在便携式和消费电子领域，比如在日常生活中为手机、笔记本电脑充电，在军事上可以打印在士兵野营用的帐篷、衣服等外表面，给单兵作战系统提供电能。申请者主要围绕有机太阳能电池能量转换效率较低等关键问题而展开工作的，从“共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料，以及器件工程”三方面协同来提高电池的光电转换效率，在给体材料方面，将侧链集中于给体单元进而构建了平面型聚合物，并表现出强π-π轨道交叠和带隙窄化，其电池效率高达6.21%，在当时达到了该领域的较高水平。在受体材料方面，设计合成一系列不同侧链取代基团的吲哚富勒烯吡咯烷衍生物，当以给体材料聚（3-己基噻吩）P3HT和苄基取代的吲哚富勒烯吡咯烷衍生物为活性层的光伏器件得到了2.46%的能量转换效率。此外，以廉价易得的钛酸四丁酯的溶液为原料，在较低温度下一步法合成了无定形TiO<,2>作为电子传输层，基于P3HT和PC71BM的光伏器件得到4.65%的能量转换效率，相较于传统正型器件的3.9%的效率有了20%的提升，这种低温制备界面层的技术十分适宜未来的大面积电池器件制备。 早期共轭聚合物的研究主要集中在光电转换领域，而Cooper课题组于2007年首次报道了共轭微孔聚合物，使得其在气体吸附存储和环境治理等领域找到了新的应用。共轭微孔聚合物（CMPs）是以π-π键在芳香基团之间周期性排列，体系的固有刚性结构形成了尺寸小于2nm的永久微孔，能够将高的比表面积与π体系的电子性能相结合。独特的结构和性能使得在CO<,2>捕获分离，H<,2>、CH<,4>存储，异质催化等方面有潜在的应用。申请者从2012年开始从事共轭微孔聚合物的研究，取得了一些创新性的成果。一方面率先将四面体的膦基引入共轭微孔聚合物，通过膦基的易修饰性和偶极性，以及噻吩环的富电子性会增加材料与吸附质间的相互作用，提高材料的气体吸附能力和选择性。另一方面以功能化咔唑为起始单体，系统研究了聚合位点的增加和功能基团的引入对材料吸附性能的影响，对进一步的分子设计具有重要的参考价值。 |
