朱广山/张宁团队： 全共轭多孔芳香骨架─提升钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的有效材料

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钙钛矿太阳能电池是目前最成功的光伏器件之一，在过去的十几年里，其能量转换效率从3.8%迅速提高到25.7%，发展之迅速令众多薄膜太阳能电池望尘莫及。实现钙钛矿太阳能电池的商业化，还需进一步提高器件的效率和长期稳定性。在钙钛矿中添加其他功能助剂是器件效率和稳定性提升的有效途径，多孔芳香骨架材料（PAFs）是一类重要的多孔有机聚合物，通常通过不可逆的偶联反应合成。PAF材料的全碳骨架结构使其对酸、碱和潮湿环境具有超高的稳定性，因此将PAFs作为添加剂应用于钙钛矿太阳能电池有望同时提高器件性能和稳定性。然而传统PAFs是芳香构筑基元通过sp3碳节点连接而成，其不连续的共轭结构不利于钙钛矿太阳能电池的电荷传输。

光伏器件

        鉴于此，东北师范大学化学学院的朱广山教授、张宁教授和吉林大学的温善鹏教授合作，构建了sp2碳连接的全共轭PAFs，并将其用于高效稳定的钙钛矿太阳能电池。
通过Gilch反应，分别以四苯乙烯和芘作为核心构筑单元，构建了全共轭的PAFs，所制备的两种新型PAFs均表现出高比表面积、出色的化学和热稳定性。由于其扩展的p-共轭，PAFs被成功地用作钙钛矿太阳能电池（PSC）的掺杂剂。PAFs的加入可以改善钙钛矿结晶和减少薄膜的缺陷来防止载流子复合，并进一步促进电荷传输。实验证明PAFs的刚性多孔结构可以用作有效的成核模板，促进圆形核的快速形成，最终诱导了具有致密钙钛矿晶粒的高质量钙钛矿薄膜的生成。通过与线性对应物（MEH-PPV）的比较研究，进一步揭示了电池效率的提升与PAF多孔结构和刚性全共轭网络高度相关。同时，器件的寿命也得到了显著改善：器件在运行半年后仍保留初始能量转换效率的80%。这项工作为制备高效稳定的PSC提供了新的思路。
        该成果以“Crystallinity Regulation and Defects Passivation for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Using Fully Conjugated Porous Aromatic Frameworks”为题，在《AngewandteChemie International Edition》上发表。东北师范大学化学学院博士研究生景也格和吉林大学电子科学与工程学院博士后王晨为该文章的共同第一作者，通讯作者是化学学院教师朱广山教授﹑张宁教授和吉林大学电子科学与工程学院温善鹏教授。
        该工作得到了国家自然科学基金的支持（51973026, 52073115）。
         原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301234
         文章来源：东北师范大学
       张宁博士，东北师范大学教授。一直从事新颖表面引发聚合方法的开发、刷状高分子及聚合物薄膜的研究工作，在J. Am. Chem. Soc.、Macromolecules、ACS Macro Lett. 等期刊上发表第一/通讯作者论文40篇，申请发明专利4项，先后主持国家自然科学基金4项，吉林省与长春市科技项目4项，2016年入选中国科学院青年创新促进会，2014年至今为《中国化学快报》青年编委。目前研究兴趣包括：1）高分子合成方法学; 2）自组装单层膜与高分子刷；3）聚合物多孔材料；4）有机无机纳米复合材料。
       朱广山，东北师范大学教授，博士生导师。国家杰出青年基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授、首批“万人计划”科技创新领军人才、国务院特殊津贴专家、吉林省政协委员、吉林大学唐敖庆特聘教授、比利时那摩尔大学客座教授。朱广山教授长期从事新型多孔材料的定向合成、性质与结构研究、以及潜在应用的开发。在上述各前沿领域中取得了丰硕的成果，研究成果受到国际同行的高度认可。近年来，在Nature Commu., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际核心一流学术刊物上发表SCI 论文270余篇, 他引6800余次, H-index为51, 申请发明专利30篇已获授权14 篇。多次应邀参加相关领域的国际会议，并做大会特邀报告及担任分会主席。是国内外著名化学杂志（J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Commun., Chem.-Eur. J., Inorg. Chem., J. Mater. Chem.等）的审稿人和国家自然科学基金的评审人。现正在主持的和已完成的项目有：国家杰出青年基金“无机化学”；国际科技合作与交流专项“无机金属有机骨架化合物合成及储氢性能研究”；国家自然基金委重点项目“无机微孔晶体的设计合成与储能性能研究”；高等学校科技创新工程重大项目培育基金“孔道结构无机固体材料的功能组装”；国家自然科学基金项目“高机械强度大面积有序分子筛膜的制备与性质研究”；国家自然科学基金委面上项目“以分子筛为主体的光学微器件制备与性质研究”；国家自然科学基金青年基金“高质量分子筛单晶合成、组装和性能研究”；教育部优秀归国基金“微孔晶体材料巨大单晶的合成”；教育部新世纪优秀人才资助计划；吉林省科技厅“吉林省杰出青年科技基金”等项目。主要研究方向：1. 分子筛高质量巨大单晶和高有序膜的合成与制备以及在光学微器件、气体分离方面的开发与应用；2. 吸附分离导向的多孔芳香骨架材料的目标合成；3. MOFs晶体和膜材料的合成与制备及其储气与分离性能研究。