光电材料的合成方法与功能

来源：科技导报

稳定的单组份有机太阳能电池器件

单组份器件结构是提升电池器件稳定性的一种有效的解决思路。基于双缆共轭聚合物的单组分太阳能电池具有简化的器件制备工艺及其提升器件稳定性方面的优点，具有巨大的研究价值和应用潜力。

宽带隙有机太阳能电池关键材料与器件

利用“弱给体-弱受体”策略，发展了系列基于喹喔啉、稠并喹喔啉、噻二唑、恶二唑以及四嗪等受体结构的高分子给体材料。材料普遍具有较宽的带隙，可以与窄带隙小分子受体实现很好的光谱匹配。巧妙地利用噻唑、四嗪类等分子丰富的氮原子，可以与过渡金属形成络合的结构特点，调控分子链之间的聚集形态以及结晶行为，从而优化活性层形貌，器件能量转换效率达到16.35%，实现了突破。突破了“弱给体-弱受体”实现宽光谱的结构限制，在苯并二噻吩结构上引入EDOT共轭侧链，增加位阻，继而与强受体单元苯并噻二唑系列共聚，得到了宽带隙的高分子给体材料。这是“弱给体-强受体”结构实现宽光谱的首次报道。

基于荧光复合纳米材料与微流控芯片的

CTCs及肿瘤标志物检测

巧妙地结合荧光物质的发光性质以及易检测的优点，定向合成了具有纳米尺度的荧光复合物并且应用到医学肿瘤标志物的检测。进行化学与医学的交叉，探索化学材料在医学中的广泛应用，为化学今后的发展起到启迪作用。

光功能金属配合物的

激发态调控与光电应用

光功能金属配合物的发光原理和发光性质，通过对相应的金属配合物的结构设计和共价键修饰的方式实现了对其激发态的调控，从而实现对发光行为的调控，包括光谱大范围的调控以及特定颜色的磷光发射等。介绍了光功能的金属配合物在无墨打印方面的应用，利用不同金属配合物的吸收和荧光性质，实现了多色的新型无墨打印纸。

多功能集成化的大尺寸电致变色器件

无机材料三氧化钨是一种常用的电致变色材料，但是传统的三氧化钨具有响应速度慢、着色效率低、性能不稳定等缺点，将其纳米化以及与有机材料聚苯胺的复合可以大大提升性能。蔡国发团队制备出了多功能电致变色储能器件，在充电时器件会由无色变为深蓝色；而放电时，储存的电能可以轻松使家用的灯泡发光，有助于能源的节约，减少资源的浪费。用三氧化钨纳米粒子制备的大面积智能窗，基于柔性可拉伸基底的弹性器件，为电致变色领域拓宽了思路，引领了未来的发展。

研究光与物质的相互作用

从弱耦合到强耦合

通过将偶极子控制在合适大小的微腔中，光激发时，产生的光子发生强耦合作用，使得原有物质发生光电性质的变化，激发态发生劈裂进而使得吸收光谱发生变化。由其组成的给受体能量转移体系,可以有效克服基于传统荧光共振能量转移机理所要求的10 nm距离的限制，利用强耦合量子纠缠态达到100%的能量转移效率，实现了国际首例超距非辐射能量转移，突破极限两个量级。利用不同官能团在光场下产生强耦合作用所需要微腔环境不同，可以通过控制微腔环境来实现相似官能团的选择性催化，为选择性催化领域提供了新的设计思路。其独特的光场与物质的相互作用，在设计新型光电材料方面有很大应用潜力。

基于智能染料的可重复书写纸

以及无墨打印

开发了以环保的水作为刺激方式的可重复书写材料。通过对分子筛选以及微环境因素的探究，成功制得对水响应变色的水致变色可重复书写纸，该可重复书写材料可逆性可达200次，大大节省了成本，缓解了数字打印给环境带来的污染以及资源浪费。在此工作的基础上，又开发得到了多种水致变色染料，扩展了变色颜色，提高了无墨打印的色鲜艳度、色对比度。为了解决每种颜色需要新的合成这一问题，开发了染料和显影剂组合的二元体系，利用它们的协同作用稳定分子的开环及显色。这一体系运用已知染料，具有通用性，通过对染料选择可得到包括黑色在内的各种颜色。