北京理工大学化学与化工学院王金亮

youyouren

王金亮,北京理工大学教授，2008年获得北京大学化学与分子工程学院博士学位（导师：裴坚教授）。之后进入美国Akron大学George R. Newkome 教授课题组和北卡罗来纳教堂山大学林文斌教授课题组进行博士后研究。王金亮教授主要从事有机光电功能分子的构筑与性质研究方面的研究，其在J. Am. Chem. Soc.等国际重要学术期刊上发表论文50余篇。其中J. Am. Chem. Soc. (2011)等6篇论文被选为封面文章或热点文章。论文累计被他人引用超过2000次，其中ESI Top 1%高被引用论文有7篇 ，发表在ACS Catal.上的第一作者论文被他引超300次。

基本信息:
姓名: 王金亮
职称: 长聘教授，博士生指导教师。
专业方向：有机光电材料与超分子化学
电子邮件: jinlwang@bit.edu.cn
学习和工作经历:
1999.9-2003.7 北京大学化学与分子工程学院，本科生， 毕业设计指导老师：裴坚教授。
2003.9-2008.7 北京大学化学与分子工程学院，有机化学专业博士生， 导师：裴坚教授。 博士论文被评为 2010 年全国优秀博士学位论文提名奖 和北京大学优秀博士学位论文。
2008.10-2011.2 美国 Akron 大学，高分子科学系，博士后研究助理， 导师: George R. Newkome 教授。
2011.3-2012.10 美国北卡罗来纳教堂山大学, 化学系，博士后研究员， 导师: 林文斌教授。
2012.11 入选 2011 年北京理工大学杰出中青年教师发展支持计划。
2013.3-至今 北京理工大学化学学院, 教授，博士生指导教师。
2016.3 入选北理工首批“长聘”教授。

研究方向:
1. 共轭寡聚物、树枝状大分子和聚合物材料的分子设计、合成以及在有机太阳 能电池和场效应晶体管器件中的应用。
2. 具有聚集诱导荧光效应（AIE）的π-共轭小分子材料的合成以及在光波导、 压制变色、细胞成像等方面的应用。
3. 多组分三维超分子体系的分级自组装以及主客体化学方面的研究。
4. 共价-有机框架(COFs)材料的设计、合成及其在光催化等清洁能源相关方面的 研究。

承担课题和科研项目:
1. 项目负责人。
2. 国家自然科学基金委面上基金，“有机小分子深红/近红外荧光材料的合成及 其在生物荧光成像方面的应用” （21672023，2017.1-2020.12），项目负责人。
3. 国家自然科学基金委面上基金， “二维共轭大分子的设计合成及其在有机太 阳能电池中的应用”（21472012， 2015.1-2018.12），项目负责人。
4. 国家自然科学基金委青年科学基金，“刚性有机-无机杂化手性笼状化合物的 设计、垂直交叉组装及表征”（21202007，2013.1-2015.12），项目负责人，已 结题。
5. 北京市自然科学基金面上基金， “二维共轭大分子的设计合成及其在有机太 阳能电池中的性能研究” （2152027，2015.1-2016.12），项目负责人。
6. 北京理工大学杰出中青年教师发展支持计划，“功能导向的新颖有机π-共轭的 纳米材料和超分子组装体的设计、合成以及在能源可持续发展领域的应用” （BIT-JC-201107，2012.1-2015.12），项目负责人，已结题。
7. 北京理工大学重大项目培育专项计划， “非富勒烯型有机小分子光伏材料的 合成和性能研究” （2014CX01011, 2014/01-2015/12）项目负责人，已结题。

奖励和荣誉情况:
1. 北理工优秀学位论文指导教师, 2016 年。
2. 入选北理工首批长聘教授，2016 年。
3. 2013。
4. 入选北理工杰出中青年教师发展支持计划，2011。
5. 全国优秀博士学位论文提名奖，2010。
6. 北京大学优秀博士学位论文二等奖，2010。
7. 北京大学学术精英，2007-2008。
8. 北京大学化学学院优秀博士论文，2007-2008。
9. 北京大学优秀毕业研究生，2007-2008。
10. 北京大学创新奖，2003-2004 和 2005-2006。
11. 北京大学杜邦奖学金，2005-2006。
12. 北京大学通用电气奖学金，2004-2005。
13. 北京大学德尔奖学金，2003-2004。

主要研究成果:
其研究成果和创新性得到了国内外同行的广泛关注和赞许，曾被 Chemical & Engineering News, NPG Asia Materials, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Rev.等评述和报道。近年来，在 J. Am. Chem. Soc.等国际权威学术期刊上 发表论文 40 余篇。第一作者（含通讯作者）或共同第一作者论文发表 30 余篇（含 5 篇 J. Am. Chem. Soc.）。所发表的论文被他引用近 2000 次（第一作者最高单篇 他引 200 余次）并多次被选为封面文章和热点文章。其中 ESI Top 1%高引用文 章 5 篇。 到目前为止以北理工为第一通讯单位共发表（含接收）10 余篇 SCI 论文（其 中有 9 篇一区论文，3 篇 ESI 高被引论文，含 1 篇 J. Am. Chem. Soc. (IF = 13.0), 2 篇 Adv. Funct. Mater. (IF = 11.4) )，并多次被选为热点文章。 目前已经形成了高光电转换效率的有机小分子/寡聚物电池材料的设计合 成以及有机太阳能电池器件性能研究的研究方向。所研究的相关材料的光电转 换效率跻身世界一流水平，并取得了同行专家的高度评价。相关评价如“所合成 的分子是十分新颖的，并且其研究结果对相关研究者是很有趣的” , “因为他们所 合成的材料是为数不多的能达到如此高水平的性能的分子结构，因此发表在 Adv. Funct. Mater．上是没有任何问题的。”，“有限的小分子供体材料设计原 则已经严重的阻碍了高效有机小分子太阳能电池的发展，而这项工作带来了十 分新的见解和思路”，“复杂和具有挑战性的合成给我留下了很深的印象，这些 结果非常有趣，我想发表后一定能极大地推动溶液加工小分子电池材料的进一 步发展”，“这部分工作不仅提供了一类新颖的高性能的有机太阳能电池的给体 材料，而且传递了一些重要实现高效率器件的新发现。”以及“这个手稿中的结 构修饰策略无疑是成功的，其小分子太阳能电池的性能是相当不错的。”。 另外在具有聚集诱导荧光效应（AIE）的π-共轭小分子材料设计合成以及光 波导、压制变色、细胞成像方面的研究的论文发表后分别被美国化学会会志主 编 Peter J. Stang 在其发表在 J. Am. Chem. Soc.的论文和唐本忠院士在其发表在 Chem. Rev.的论文高度评价和引用。

主要奖励和荣誉
1) 13 级博士生常峥峰于 2016 年获得国家奖学金。
2) 13 级博士生常峥峰于 2016 年获得学院研究生论坛最佳论文一等奖。
3) 王金亮教授于 2016 年获得“优秀学位论文指导教师”称号和入选长聘教授。
4) 13 级硕士生武卓的硕士论文于 2016 年获得校级优秀硕士学位论文。
5) 13 级硕士生武卓于 2015 年获得国家奖学金和校优秀毕业生。
6) 13 级博士生常峥峰于 2015 年获学院研究生论坛一等奖。
7) 13 级博士生常峥峰于 2015 年获得北京理工大学优秀研究生。

代表性论文: 独立建组后代表性论文 (2015 年-至今)：
1. Yan, J.; Liang, Q.; Liu, K.; Miao, J.; Chen, H.; Liu, S.; He, Z.; Wu, H.; Wang, J.-L.;* Cao, Y., Optimized Phase Separation and Reduced Geminate Recombination in High Fill Factor Small-Molecule Organic Solar Cells, ACS Energy Lett. 2017, 2, 14−21.
2. Duan, Y.; Wei, W.; Xiao, F.; Xi, Y.; Chen, S.-L.; Wang, J.-L.;* Xu, Y.;* Hu, C., High-valent cationic metal–organic macrocycles as novel supports for immobilization and enhancement of activity of polyoxometalate catalysts, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 8540–8547.
3. Chang, Z.-F.; Jing, L.-M.; Liu, Y.-Y.; Liu, J.-J.; Ye, Y.-C.;* Zhao, Y.-S.;* Yuan, S.-C.;* Wang, J.-L.;*, Constructing small molecular AIE luminophores through a 2,2-(2,2-diphenylethene-1,1-diyl)dithiophene core and peripheral triphenylamine with applications in piezofluorochromism, optical waveguides, and explosive detection, J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 8407-8415. (热点文章)
4. Wang, J.-L.;* Liu, K.-K.; Yan, J.; Wu, Z.; Liu, F.;* Xiao, F.; Chang, Z.-F.; Wu, H.-B.;* Cao, Y.; Russell, T. P., Series of Multifluorine Substituted Oligomers for Organic Solar Cells with Efficiency over 9% and Fill Factor of 0.77 by Combination Thermal and Solvent Vapor Annealing, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7687-7697.
5. Chang, Z.-F.; Jing, L.-M.; Chen, B.; Zhang, M.; Cai, X.; Liu, J.-J.; Ye, Y.-C.; Lou, X.;*Zhao, Z.; * Liu, B.;* Wang, J.-L.*; Tang, B. Z., Rational Design of Asymmetric Red Fluorescent Probes for Live Cell Imaging with High AIE Effects and Large Two-Photon Absorption Cross Sections using Tunable Terminal Groups, Chem. Sci., 2016, 7, 4527–4536.
6. Wang, J.-L.*; Xiao, F.; Yan, J.; Wu, Z.; Liu, K.-K.; Chang, Z.-F.; Cao, Y.; Zhang, R. B.; Chen, H.; Wu, H.-B.;* Cao, Y., Difluorobenzothiadiazole-based Small-Molecule Organic Solar Cells with 8.7% Efficiency by Tuning of π-conjugated Spacers and Solvent Vapor Annealing, Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 1803-1812. (ESI 高被引论文)
7. Wang, J.-L.*; Xiao, F.; Yan, J.; Liu, K.-K.; Chang, Z.-F.; Cao, Y.; Zhang, R. B. *; Chen, H.; Wu, H.-B.;* Cao, Y., Toward High Performance Indacenodithiophene-based Small-Molecule Organic Solar Cells: Investigation of the Effect of Fused Aromatic Bridge on the Device Performance, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 2252–2262.
8. Lv, Q.; Feng, S.; Jing, L.; Zhang. Q.; Qi, M.;* Wang, J.-L.;* Bai. H.; Fu. R., Features of a Truxene-based Stationary Phase in Capillary Gas Chromatography for Separation of Some Challenging Isomers, J. Chromatogr. A, 2016, 1454, 114–119.
9. Wang, J.-L.;* Chang, Z.-F.; Song, X.-X.; Liu, K.-K.; Jing, L.-M. ， Rational Design of Diketopyrrolopyrrole-based Oligomers with Deep HOMO Level and Tunable Liquid Crystal Behavior by Modulating the Sequence and Strength of the Donor Moiety, J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 9849–9858.
10. Wang, J.-L.;* Wu, Z.; Miao, J.-S.; Kai-Kai Liu, K.-K.; Chang, Z.-F.; Zhang, R. B.;* Wu, H.-B.;* Cao, Y., “Solution-Processed Diketopyrrolopyrrole-Containing Small-Molecule Organic Solar Cells with 7.0% Efficiency: In-Depth Investigation on the Effects of Structure Modification and Solvent Vapor Annealing” Chem. Mater. 2015, 27, 4338−4348. (This paper has been included in the top 10 most read articles of Chem. Mater. in July, 2015) (ESI 高被引论文)
11. Yin, Q.-R.; Miao, J.-S.; Wu, Z.; Chang, Z.-F.; Wang, J.-L.;* Wu, H.-B.;* Cao, Y., Rational Design of Diketopyrrolopyrrole-based Oligomers for High Performance Small Molecular Photovoltaic Materials via an Extended Framework and Multiple Fluorine Substitution, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11575–11586.
12. Chang, Z.-F.; Jing, L.-M.; Wei, C.; Dong, Y.-P.; Ye, Y.-C.; Zhao, Y. S.; Wang, J.-L.*, Hexaphenylbenzene-Based, π-Conjugated Snowflake-Shaped Luminophores: Tunable Aggregation-Induced Emission Effect and Piezofluorochromism, Chem. Eur. J., 2015, 21, 8504 – 8510. (热点文章)
13. Wang, J.-L.;* Yin, Q.-R.; Miao, J.-S.; Wu, Z.; Chang, Z.-F.; Cao, Y.; Zhang, R. B.;* Wang, J.-Y.;* Wu, H.-B.;* Cao, Y., Rational Design of Small Molecular Donor for Solution-Processed Organic Photovoltaics with 8.1% Efficiency and High Fill Factor via Multiple Fluorine Substituent and Thiophene Bridge, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3514–3523. (ESI 高被引论文) 独立建组前代表性论文：
14. Wang, C.;† Wang, J.-L.;† Lin, W.*, Elucidating Molecular Iridium Water Oxidation Catalysts Using Metal–Organic Frameworks: A Comprehensive Structural, Catalytic, Spectroscopic, and Kinetic Study, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19895-19908. ( †equal contribution. ESI 高被引论文) 15. Wang, J.-L.; † Li, X.† ; Lu, X.; Hsieh, I.-F.; Cao, Y.; Moorefield, C. N.; Wesdemiotis, C.;* Cheng, S. Z. D.; Newkome, G. R.*, Stoichiometric Self-Assembly of Shape-Persistent 2D Complexes: A Facile Route to Symmetric, Supramacromolecular Spoked Wheel, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11450-11453. ( †equal contribution.
16. Wang, J.-L.; Yan, J.; Tang, Z.-M.; Xiao, Q.; Ma, Y.;* Pei, J.*, Gradient Shape-Persistent π-Conjugated Dendrimers for Light-Harvesting: Synthesis, Photophysical Properties, and Energy Funneling, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9952-9962. (This work has been highlighted by Nature Publishing Group Asia Materials (October, 10th, 2008, see http://www.natureasia.com/asia-materials/highlight.php?id=284) as “Supersized dendrimers”.)
17. Pei, J.;* Wang, J.-L.; Cao, X.-Y.; Zhou, X.-H.; Zhang, W.-B., “Star-Shaped Polycyclic Aromatics Based on Oligothiophene-Functionalized Truxene: Synthesis, Properties, and Facile Emissive Wavelength Tuning”, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9944-9945.
18. Wang, J.-L.; Wang, C.; E. dekrafft, K.; Lin, W.*, Cross-linked Polymers with Exceptionally High Ru(bipy)3 2+ Loadings for Efficient Heterogeneous Photocatalysis, ACS Catal. 2012, 2, 417-424. (This paper has been included in the top 20 most read articles of ACS Catal. in March, 2012.)
19. Wang, J.-L.; † Wang, C.† ; Lin, W.*, Metal-Organic Frameworks for Light Harvesting and Photocatalysis, ACS Catal. 2012, 2, 2630-2640. ( †equal contribution. ESI 高被引论文)
20. Wang, J.-L.; Li, X.; Lu, X.; Chan, Y.-T.; Moorefield, C. N.; Wesdemiotis, C.;* Newkome, G. R.*, Dendron Functionalized Bisterpyridine-Iron (II) or-Cadmium (II) Metallomacrocycles: Synthesis, Traveling-Wave Ion-Mobility Mass Spectrometry, and Photophysical Properties, Chem. Eur. J. 2011, 17, 4830-4838. (This paper has been selected as a VIP paper and as spotlights in Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 50, 3834.)
21. Wang, J.-L.; Xiao, Q.; Pei, J.*, Benzothiadiazole-Based D-π-A-π-D Organic Dyes with Tunable Band Gap: Synthesis, Photophysical Properties, Org. Lett. 2010, 12, 4164-4167.
22. Wang, J.-L.; Tang, Z.-M.; Xiao, Q.; Ma, Y.;* Pei, J.*, Star-shaped D-π-A Conjugated Molecules: Synthesis and Broad Absorption Bands, Org. Lett. 2009, 11, 863-866.
23. Wang, J.-L.; Tang, Z.-M.; Xiao, Q.; Ma, Y.;* Pei, J.*, Energy Transfer in New D-π-A Conjugated Dendrimers: Their Synthesis and Photophysical Properties, Org. Lett. 2008, 10, 4271-4274.
24. Wang, J.-L.; Tang, Z.-M.; Xiao, Q.; Zhou, Q.-F.; Ma, Y.;* Pei, J.*, Molecular Wires Based on Thienylethynylene: Synthesis, Photophysical Properties, and Excited State Lifetime, Org. Lett. 2008, 10, 17-20.
25. Wang, J.-L.; Zhou, Y.; Li, Y.;* Pei, J.*, Solution-Processable Gradient Red-Emitting π-Conjugated Dendrimers Based on Benzothiadiazole as Core: Synthesis, Characterization, and Device Performances, J. Org. Chem. 2009, 74, 7449-7456.
26. Wang, J.-L.; Chan, Y.-T.; Moorefield, C. N.; Pei, J.; Modarelli, D. A.; Romano, N. C.; Newkome, G. R.*, Shape-Persistent, Truxene-Based, Nano-Sized Bisterpyridine Ruthenium(II) Complexes: Synthesis and Photophysical Properties, Macromol. Rapid. Commun. 2010, 31, 850-855.
27. Wang, J.-L.; He, Z.; Wu, H.; Cui, H.; Li, Y.; Gong, Q.;* Cao, Y.;* Pei, J.*, Solution-Processed Bulk-Heterojunction Photovoltaic Cells Based on Dendritic and Star-Shaped D--A Organic Dyes, Chem. Asian. J. 2010, 5, 1455-1465.
28. Wang, J.-L.; Zhong, C.; Tang, Z.-M.; Wu, H.; Ma, Y.;* Cao, Y.;* Pei, J.*, Solution-Processed Bulk Heterojunction Photovoltaic Cells from Gradient π-Conjugated Thienylene Vinylene Dendrimers, Chem. Asian. J. 2010, 5, 105-113.
29. Wang, J.-L.; Li, X.; Shreiner, C. D.; Lu, X.; Moorefield, C. N.; Tummalapalli, S. R.; Medvetz, D. A.; Fronczek, F. R.; Wesdemiotis, C.;* Newkome, G. R.*, Shape-Persistent Ruthenium(II)- and Iron (II)-Bisterpyridine Matallodendrimers: Synthesis, Traveling-Wave Ion-Mobility Mass Spectrometry, and Photophysical Properties, New. J. Chem. 2012, 36, 484-491. (This paper has been selected as Front Cover and hot paper in New. J. Chem. 2012, issue 2.)
30. Wang, J.-L.; He, Z.; Wu, H.;* Cao, Y.; Pei, J.*, π-Conjugated Molecular Heterojunctions with Multi[60]Fullerene: Photophysical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties, New. J. Chem. 2012, 36, 1583-1588. (This paper has been included in the top 10 most accessed articles of New. J. Chem. in June, 2012.)
31. Zhang, T.† ; deKrafft, K. E.† ; Wang, J.-L.; † Wang, C.;† Lin, W. *, The Effects of Electron Donating Substituents on [Ir(bpy)Cp*Cl]+: Water Oxidation Versus Ligand Oxidative Modification, Eur. J. Inorg.Chem. 2014, 698-707. ( †equal contribution.)

rongshuxia

近日，北京理工大学化学与化工学院硕士研究生蒋梦云以第一作身份在国际顶级期刊ACS Energy Letters发表题目为“Two-Pronged Effect of Warm Solution and Solvent-Vapor Annealing for Efficient and Stable All-Small-Molecule Organic Solar Cells”的研究论文。北京理工大学为第一通讯单位，北京理工大学安桥石特别研究员、王金亮教授和北京交通大学张福俊教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金，北京市自然科学基金和北京理工大学青年教师学术启动计划等项目的资助及北京理工大学分析测试中心的支持。
        有机太阳能电池（organic solar cells，OSCs）具有原材料丰富、质量轻、柔性、半透明、多彩、可大面积制备等一系列的独特优势，是一种有潜力的绿色光电转换技术，符合我国可持续发展要求，已成为当今新能源领域最富有生机和活力的研究前沿之一。小分子材料具有明确的分子结构、批次稳定性好、易制备和纯化等优势。基于小分子给受体材料的OSCs展现出巨大商业化潜力。然而，由于小分子有源层形貌敏感且难以调控，其效率远落后于其它类型的OSCs。

不同处理工艺对有源层表面形貌和体形貌的影响

       在本项研究中，研究者采用了热溶液(warm solution, WS)和溶剂熏蒸退火(solvent-vapor annealing，SVA)双管齐下的策略来调控小分子有源层的形貌。其中WS不仅能够提升给受体材料(B1和BTP-eC9)的溶解度，而且在成膜过程中能够加速溶剂挥发，减少成膜时间，使有源层中分子分布更加均匀，形成光滑无孔的混合薄膜；SVA可调控成膜后的分子动力学，延长分子自组装时间。通过控制SVA时间可优化有源层中的相分离和分子排布。通过WS+SVA的协同作用，有源层形貌得到较大改善，提升了器件的光子俘获、激子解离、载流子传输和收集，从而使其获得15.68%的效率，这是当时二元小分子OSCs的最高效率值。
       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01289

mitao

日前，北理工团队在基于异双卤代末端基的聚合物太阳能电池受体材料领域取得进展，相关研究成果以“Non-fullerene acceptors with hetero-dihalogenated terminals induce significant difference in single crystallography and enable binary organic solar cells with 17.5% efficiency”为题，发表在国际顶级能源期刊《Energy & Environmental Science》上(2022,  15 , 320-333)上。化学与化工学院硕士生王来为该论文的第一作者，化学与化工学院王金亮教授和安桥石特别研究员为共同通讯作者，北京理工大学为唯一通讯单位。
        环境污染和能源危机是当今世界面临的两大难题，开发和利用高效率清洁能源是国家能源战略中亟需解决的重大科学问题之一。聚合物太阳能电池凭借其重量轻、机械柔性高、半透明、易于卷对卷印刷等优点，近年来在高效率清洁能源材料领域引起了广泛关注。具有A-D-A或A-DA'D-A结构的新型非富勒烯受体（NFAs）由于其强而广泛的吸收和易于化学改性的特点，在聚合物太阳能电池性能改善方面占据主导地位。目前有许多方法来调节NFAs的分子间堆积、吸收光谱和薄膜形貌。其中利用2个不同类型的卤化端基和不对称的分子骨架策略，被认为是改变吸收范围、优化能级的简单但有效的策略，可以获得更好的聚集态形貌和器件性能。由于缩合反应的可逆性，这些不对称受体通常需要相对复杂的合成和纯化过程来去除副产物。而直接采用具有异双卤原子取代的端基修饰策略和对称的分子骨架策略，有望避免复杂的纯化过程和进一步提高光伏器件性能，但基于异双卤化端基的受体材料鲜有报道。同时，如何通过新颖的末端基和单晶分子堆积模式来调控分子化学结构和聚集形态特征和理解其与器件性能之间的关系，进而开发高效率的新型受体材料，也是聚合物太阳能电池领域一直关注和致力于解决的关键性科学问题之一。

图1 (a)三个受体材料分子结构; (b)薄膜吸收光谱对比; (c) 分子前线轨道HOMO和LUMO能级图对比; (d)器件的J-V曲线; (e)受体分子Y-BO-FCl与其他已报道各种异卤素端基修饰的受体材料的二元电池性能统计对比图。

         北京理工大学化学与化工学院王金亮教授团队在前期A-D-A型小分子材料末端基结构调控研究工作( Adv. Funct. Mater . 2022,  32 , 2108289;  ACS Energy Lett.,  2018,  3 , 2967;  J. Mater. Chem. A , 2020,  8 , 4856;  J. Mater. Chem.   C , 2021,  9 , 1923-1935等)的基础上，为了获得高性能的异双卤代端基化的受体分子材料体系，最近通过调控端基卤素的种类并结合异双卤素端基的协同策略，合成了一系列新颖的异双卤素端基(FCl-IC、FBr-IC、ClBr-IC)和相应的A-DA'D-A型的稠环受体材料(Y-BO-FCl、Y-BO-FBr、Y-BO-ClBr)。系统地研究了这类新型异双卤化端基对所修饰的受体分子材料的薄膜光谱吸收、单晶堆积、光伏性能和共混膜形貌的协同效应和构效关系。与Y-BO-ClBr相比，所有含氟化受体(Y-BO-FCl和Y-BO-FBr)的前线分子轨道能级(HOMO和LUMO)都略有降低。该团队还首次获得了异双卤化端基修饰的受体分子体系详细的X射线单晶衍射数据。相应的单晶解析研究表明，含氟取代的末端基可显著改变所修饰受体分子的晶体晶系和分子间堆积模式和距离。此外结合DFT理论计算分析，与另外两个受体材料相比，氟氯异卤化端基修饰的受体分子Y-BO-FCl呈现出最优的分子骨架几何平面结构、最小的分子间堆积距离，最大的分子间π−π电子耦合作用和最有序的三维分子堆积网络，从而有助于改善Y-BO-FCl分子的结晶度，提升其薄膜态的多个方向上的电荷传输能力。

图2 三种异双卤化端基所修饰的受体分子材料。a) Y-BO-FCl; b) Y-BO-FBr; c)Y-BO-ClBr的分子结构、分子间晶体堆积模式和距离、分子间相互作用耦合量化参数对比。

         此外利用二维掠入射X射线衍射技术、原子力显微镜表征技术、透射电镜表征技术等对给受体共混薄膜聚集态形貌分析后发现，当与常见聚合物给体材料PM6混合时，与PM6：Y-BO-FBr和PM6：Y-BO-ClBr共混膜相比，PM6:Y-BO-FCl共混膜具有最大的晶体相干长度和最强的face-on结晶取向趋势、最佳的纳米纤维状互穿网状结构和最适当的相分离尺寸。最终基于PM6:Y-BO-FCl的聚合物太阳能电池器件实现了17.52%的光电能量转换效率，明显高于基于PM6:Y-BO-FBr和PM6:Y-BO-ClBr的器件性能（能量转换效率分别为16.47%和13.61%）。深入的器件物理过程研究表明，在三个材料体系中，基于PM6:Y-BO-FCl器件的高性能主要归因于电荷复合最低、电荷迁移率最大且最平衡，同时共混形态最为优异。这是目前所报道的基于各种异卤素端基修饰的对称或非对称受体材料的二元电池器件的最高性能。这项系统的研究表明，引入氟/氯杂双卤代端基的策略是增强受体材料的晶体分子间堆积和膜形态以及实现优异光伏性能的有效方法之一，其在聚合物太阳能电池中有着巨大应用潜力。此外，考虑到端基中可替换的原子的多样性，该工作通过对受体材料端基的局部不对称卤化进一步证实了优化端基策略在电池性能改善方面有着积极的作用，对后续高性能光伏材料的设计具有重要意义。

图3 三种异双卤化端基所修饰的受体分子材料的分子结构、晶体堆积差异和太阳能电池性能之间构效关系图

        论文修改过程中得到了厦门大学曹晓宇教授团队、中科院化学所朱晓张研究员团队、化学与化工学院冯霄教授团队等的大力帮助。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、国家海外高层次青年人才计划、北京理工大学特立青年学者计划等项目的资助，以及北京市光电转换材料重点实验室、北理工分析测试中心有机薄膜光电器件测试平台、上海同步辐射光源中心BL14B1线站的大力支持。
        文章全文链接：https://doi.org/10.1039/D1EE01832A