中国科学院大学材料科学与光电技术学院黄辉

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黄辉，中国科学院大学教授。1978年7月出生于湖南衡阳，2000年本科毕业于北京师范大学，2003年硕士毕业于中科院化学所，2008年获美国达特茅斯学院（常青藤盟校）博士学位；随后在美国西北大学的Tobin Marks教授（美国科学院/美国工程院/美国人文与科学院院士、美国科学界最高奖“国家奖章”）课题组从事博士后研究；2010年加入美国康菲石油公司（现菲利普斯66石油公司）全球研发中心从事有机太阳能电池的研发工作，2013年11月入选中国科学院“百人计划”，目前为中国科学院大学材料学院教授/博士生导师。在J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.等顶尖学术杂志发表了30余篇SCI学术论文，SCI他引次数近700次；申请并授权14项美国专利；并应著名的Springer出版社邀请主编《Organic and Hybrid Solar Cells》一书。曾担任2013年MRS(美国材料协会)春季会议有机太阳能电池分会共同主席，并多次在国际会议上做邀请报告，担任Macromolecules，Organometallics, Solar Energy Materials&Solar Cells等国际期刊的审稿人。曾获得康菲石油公司“亚洲人协会”杰出领导奖，2014年被评为中国科学院大学先进工作者。


黄辉 男 博导 材料科学与光电技术学院
电子邮件：huihuang@ucas.ac.cn
通信地址：北京市石景山区玉泉路19号
邮政编码：100049

研究领域
1. Synthetic methodology of conjugated materials
a. Develop new methodologies to synthesize conjugated materials and probe the mechanisms.
b. Design and synthesis of novel catalysts.
2. Low dimension materials (organic conjugated materials, inorganic two dimensional materials etc) for solar energy conversion and storage, transistor and sensor application
a. Develop novel low dimension materials for solar cells, TFTs, and sensors etc.
b. Understand the fundamental photophysics mechanism in solid state materials and devices.

招生信息
招收化学、材料类，博士后，博士与硕士生；欢迎报名

教育背景
2003-08--2008-08 美国达特茅斯学院 博士
2000-09--2003-07 中国科学院化学研究所 硕士
1996-09--2000-07 北京师范大学 学士
工作经历
Oct. 2010 – Oct. 2013 Research Scientist in Alternative Energy Group, R&D Center, ConocoPhillips and Phillips66 Company, Bartlesville, OK
Sept. 2008 – Oct. 2010 Postdoctoral Fellow, Northwestern University,  Evanston, IL

教授课程
有机半导体材料
有机半导体材料及器件的最新进展
中丹太阳能主题周系列讲座

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最近，在国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委和中国科学院的支持下，黄辉课题组设计并合成了一系列具有不同稠环程度的碲吩n-型有机半导体材料，研究结果表明稠环程度对材料的物化性质和太阳能电池性能具有明显的影响；通过稠环程度的调控，最终实现了能量转换率大于7.5%的有机太阳能电池。进一步研究表明，该类材料具有很强的系间穿越，产生了大量的三线态，有利于提高激子的扩散距离。同时，由于该类材料的三线态能级不低于其电荷转移（CT）态，三线态激子能够重新回到电荷转移态并最终分离为自由迁移的电子和空穴，因此有利于太阳能电池性能的提高。该工作被审稿人认为“concept novelty and significance”（概念性的新颖和重要），并发表于Angew. Chem. Int. Ed.上（2018, 57, 1097）。

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Small Methods: 利用多重”非共价构象锁”构建高共平面有机半导体材料

载流子迁移率是有机半导体材料的重要性能参数，在有机半导体材料中，载流子的迁移主要是通过电荷在共轭分子间的“跃迁”来实现的。具有共平面构象的分子有利于电子的离域，同时有助于形成较紧密的分子堆积，从而有利于载流子迁移。目前主要通过两种方法来提高共轭分子的共平面性，一种是采用共价键将相邻的芳香环连接起来，形成稠环结构，禁阻相邻芳香环的自由旋转。然而，该方法通常需要较多的合成步骤，会大幅度增加材料的生产成本，不利于有机电子技术的发展。另一种是采用分子内非共价作用力来锁定相邻芳香环，提高共轭材料的平面性和载流子迁移率，最终提高相关光电器件的性能。黄辉教授与Tobin Marks教授、Antonio Facchetti教授较早的将该类方法应用于高共平面有机半导体材料的设计与合成中，并首次将其定义为“非共价构象锁”（Noncovalent Conformational Locks）(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10966.）。近年来，该概念及设计思想得到了学术界的广泛认可，并逐渐成为设计高性能共轭半导体材料的重要策略之一。如诺贝尔奖获得者Allen Heeger教授直接“借用Huang等人的构象锁概念”（Borrowing the term “conformational lock” from Huang et al., this stabilizing……energy distribution）来解释材料构象结构和太阳能电池性能之间的关系 （J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 165897.）

近期，中国科学院大学黄辉教授领导的研究团队利用多重“非成键构象锁”来构建高度共平面的小分子IDT-4CN，并应用于有机太阳能电池的研究（Small Methods, 2018, DOI: 10.1002/smtd.201700330）。通过理论计算表明，IDT-4CN分子的核和桥联基团以及末端基团形成了N···S, C-H···O和C-H···N多个“非成键构象锁”，使得分子具有高度共平面的构象。基于IDT-4CN的太阳能电池器件展现了优异的性能，其中，能量转换率达到8%以上，远高于同等条件下基于PC71BM的太阳能电池器件；进一步研究结果表明性能提高的重要原因之一来自于混合膜的电子迁移率的提升，因此提升了太阳能电池的填充因子和能量转换率。该研究进一步表明利用“非成键构象锁”可简便且有效地提高分子的共平面性，从而提升材料的迁移率和器件性能，为设计研发新型的高性能太阳能材料提供了新思路，该工作主要由中国科学院大学材料学院博士生杨雷完成，材料学院彭爱东副教授为共同通讯作者。课题组“非成键构象锁”相关系列研究成果近期也发表于Adv. Mater. (2017, 29， 201603154)，J. Mater. Chem. A, (2017, 5, 21674)，J. Mater. Chem. C, (2017, 5, 12591) ，Mater. Chem. Front. (2017, 1, 1317)，Adv. Opt. Mater. (2018, 6, 1701394)。

该工作得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金、中国科学院百人计划项目和中科院前沿局重点研发计划以及先导培育项目的资助。