国家纳米中心提出高吸光性富勒烯材料设计新思路

　　随着能源危机、环境污染等问题日益加剧，高效、低成本地利用太阳能发电已经受到世界各国的重视。有机太阳能电池因其造价低廉、质量轻便、可制备柔性大面积器件等优点而倍受关注，是未来最具潜力的实用科技之一。有机太阳能电池的光活性材料由共轭高分子给体和富勒烯受体组成，一直以来太阳光的吸收主要依靠给体来完成，富勒烯由于其自身较差的吸光性在光电流的贡献方面只能充当配角，因此，开发高吸光性的富勒烯材料将有可能使有机太阳能电池的效率取得进一步突破。最近，国家纳米科学中心丁黎明研究小组在这一研究方面取得进展。

　　富勒烯的弱吸光性主要源于C60分子的高度对称性，导致低能态的电子跃迁是偶极禁阻的，通过环加成反应等传统化学修饰方法并不能改变富勒烯的球形分子结构，因此在提高富勒烯本身的吸光性方面收效甚微。于是，研究人员提出了一种大刀阔斧的设计思路——“开孔策略”，如图所示：首先利用一系列反应将富勒烯的骨架打开，然后将一个外部的发色团分子“植入”富勒烯的共轭体系，得到的新分子一方面由于球形结构被打破导致对称性降低，使低能态的电子跃迁得以实现，另一方面由于发色团的引入使富勒烯共轭体系得到进一步扩张，因此富勒烯的吸光性得到大幅提高。

　　研究人员利用上述思路合成了一种植入噻吩齐聚物的富勒烯OC60-5T，通过比较OC60-5T与C60、C70的吸收光谱可以发现，在很宽的光谱范围内(300-1100 nm)，OC60-5T的吸光性能都要明显高于C60、C70，其中在700-1100 nm，OC60-5T更是展现出了普通富勒烯不具备的近红外吸收带。理论计算表明，OC60-5T的近红外吸收来源于噻吩齐聚物向富勒烯的分子内电荷转移。电化学实验表明，OC60-5T的带隙只有1.05eV，远小于母体C60的带隙(1.9eV)。

　　该研究成果在Angewandte Chemie International Edition在线发表，并被评为热点文章(Hot Paper)。审稿人也对该工作给予了高度评价。

　　该研究获得国家自然科学基金，中国科学院“百人计划” 和苏州佳宏光电有限公司的支持。

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　高吸光性富勒烯材料设计新思路——“开孔策略”