碳龙化学进展：由新三键反应合成太阳能电池新材料

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夏海平教授课题组碳龙化学研究取得新进展，利用金属卡拜与炔烃的新反应，成功地合成了一类金属d轨道参与π共轭的全新共轭体系并在有机太阳能电池领域得到应用，相关成果以“Addition of alkynes and osmium carbynes towards functionalized dπ–pπ conjugated systems” 为题在线发表于《自然•通讯》（Nature Communications，DOI: 10.1038/s41467-020-18498-2）。

         碳-碳三键和碳-金属三键是两类高度不饱和的化学键。该工作发现了这两类三键之间的全新反应模式。该反应条件温和（常温、常压、空气氛下、溶剂不用处理直接使用）、专一（没有副反应）、高效（近100%转化率）、底物范围宽。利用该反应能把金属和有机π共轭体系有效结合，得到一类金属d轨道参与π共轭的全新大π共轭体系。产物吸收光谱宽、强（可吸收紫外、大部分可见光，摩尔吸光系数达到4×104级），具有广泛应用前景。以其作为有机太阳能电池电子传输层，表现出优异的性能。无论是非富勒烯（PM6:Y6、PTB7-Th:IEICO-4F）体系还是富勒烯体系（PTB7-Th:PC71BM），都能使有机太阳能电池性能得到10 %左右的有效提升。
       该方法将成为构筑“金属d轨道参与π共轭的大π共轭材料”的通用合成方法。在光电能源新材料开发方面前景较好。此外，许多含明星分子（如卟啉，四苯乙烯，六苯并蔻等）的炔烃，都能利用该反应与碳龙配合物嫁接，从而赋予这些明星分子新性能新应用。值得一提的是，这是碳龙配合物在继聚集诱导发光、光声成像、肿瘤光热治疗、氧气活化等应用之后，首次在光电能源材料方面得到应用。
       该工作是在夏海平教授和南方科技大学何凤副教授共同指导下完成的。我院2016级iChEM博士生陈仕焰和南科大博士生刘龙珠为论文的共同第一作者。该工作充分体现了多学科协同创新研究优势：相关化合物合成、表征由陈仕焰、高翔、彭丽霞、张颖等完成；光电测试由刘龙珠完成；理论计算由陈仕焰、华煜晖完成。我院杨柳林副教授、谭元植教授等对研究工作给予了大力支持。研究工作得到了国家自然科学基金(U1705254、21931002、21975115)，广东省催化化学重点实验室(No. 2020B121201002)，国家重点研发计划(2017YFA0204902)，及深圳诺贝尔奖科学家实验室(C17783101)等项目资助。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18498-2


       文章来源:厦门大学
       夏海平，厦门大学化学系教授。1964年出生于上海，1983年厦门大学化学系本科毕业，1986年厦大化学系高分子专业硕士毕业，之后留校任教。1995至1997年在香港科技大学从事访问研究。2004年入选教育部首批“新世纪优秀人才支持计划”。2009年获国家杰出青年基金资助。已发表学术论文150余篇。夏海平主要从事金属杂环化学研究。近年，其小组在Nature Chemistry和Nature Communications上报道了一个颠覆传统的全新芳香体系，该体系与传统芳香体系光电性能截然不同，具有广泛的应用前景。该工作引起了国内外广泛关注，成果入选2013年度“中国高校十大科技进展”。