近日，南方科技大学何凤教授课题组以共轭嵌段聚合物为构筑单元，利用其分子之间π-π弱相互作用驱动组装体的生长，通过简易的一步溶剂过程实现了稳定的，形貌特殊的复杂多级组装体。

在本研究中，作者以共轭聚合物PPV为成核嵌段设计合成了两亲性嵌段共聚物PPV-b-P2VP，后以此为构筑单元，使其在选择性溶剂中进行“溶解-降温-陈化”这一简单过程，并通过调节共聚物嵌段长度比和选择性溶剂极性，实现了对所得组装体维度上和形貌上的精细调控，除了得到密集的一维线状胶束，更重要的是调控得到了具有“围巾”状这一特殊形貌的复杂组装体，该形貌由中间二维片状部分和两端线形“流苏”组成。通过电镜追踪生长过程，可以直观观察到由一维到二维再生长出“流苏”的生长过程。利用PPV嵌段良好的光学特性，对组装过程进行了紫外追踪表征，结合高分辨透射电子显微镜照片、选区电子衍射（SAED）和掠入射广角X射线散射（GIWAXS）分析，可以确定对于胶束的形成，PPV嵌段间的弱π-π相互作用为主要驱动力。
本项研究对于弱相互作用体系中复杂多级结构的构筑提供了有价值的参考，拓展了组装体形貌多样性，并且展现出其功能化应用的探索价值。相关论文“Formation of hierarchical architectures with dimensional and morphological control in the self-assembly of conjugated block copolymer”发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900470)上。

2019自然科学基金面上项目-二维微纳半导体共聚物材料的可控自组装制备及器件性能研究
批准号        21975115        学科分类        光电磁功能分子 ( B050205 )
项目负责人        何凤        负责人职称                依托单位        南方科技大学
资助金额        65.00万元        项目类别        面上项目        研究期限        2019 年 09 月 09 日 至2019 年 09 月 09 日

南方科技大学化学系大四本科生钟筱蔚作为第一作者在聚合物领域知名期刊Macromolecules（《大分子》）上发表关于氯取代给体聚合物太阳能电池材料的最新研究成果，论文题为“Synergistic Effect of Chlorination and Selenophene: Achieving Elevated Solar Conversion in Highly Aggregated Systems”。化学系副教授何凤为本文通讯作者。

有机太阳电池因其成本低、质量轻、有大面积溶液加工前景等优点，受到国际范围的广泛关注。通过优化分子结构来提升器件性能是许多学者的研究方向。

图1. 给体PBT3TClSe 与 受体 PC71BM(富勒烯衍生物)

何凤课题组经过过去多年的不断努力，坚持通过精准控制分子弱相互作用调控材料结构形貌和性能的研究思路，分别通过氯原子的Cl-S、Cl-π等超分子相互作用调控有机光电材料分子的排列方式，构筑更加适合有机太阳电池器件的材料体系；同时利用共轭聚合物的π-π相互作用作为驱动力控制材料在不同维度上的生长速度，成功制备了二维方块胶束，并积极探索这些二维材料的电学行为响应。氯原子卤键等非共价相互作用对控制有机分子的排列和形貌具有决定性作用，不但可获得高度有序的材料体系，同时相应材料性能也可得到大幅提高，例如和本研究相关的氯取代给体聚合物效率就曾达到了富勒烯类太阳电池的世界一流水平，而且器件稳定性也得到了极大改善，引领了有机太阳电池领域对氯取代的重视和广泛研究。

谈到这项研究和取得的成果，钟筱蔚表示，实验和投稿过程中的所有曲折经历都让她觉得弥足珍贵，而这些经验将会助力她未来出国进修。她感谢南科大化学系的科研创新项目，让当时大三的她和其他同学有机会在老师们的帮助下相对独立地完成自己选择的研究目标。

该项研究得到国家自然基金委、深圳市科创委基础研究学科布局项目、南科大启动经费与深圳格拉布斯研究院经费的支持。美国阿贡国家实验室陈伟教授提供了同步辐射测试合作。

 南方科技大学何凤副教授团队和北京大学赵达慧教授团队：氯取代助力三元全聚合物太阳电池效率提升至9.03%

与传统的聚合物太阳能电池(PSCs)相比，全聚合物太阳能电池(all-PSCs)具有成本低、机械性能高和形貌稳定等优点。近年来，全聚合物太阳能的光电转换效率(PCE)得到极大提升，最高的PCE记录由二元全聚合物太阳能电池实现，达到10%。然而，二元全聚合物太阳能电池混合活化层的光吸收范围较窄，限制了器件性能的进一步提升。而三元聚合物太阳能电池在光吸收和载流子转移方面优于二元全聚合物太阳能电池，具有获得更高PCE的潜力。而且与传统的叠层太阳能电池相比，三元聚合物太阳能电池的制备过程更为简单。

  南方科技大学的何凤副教授研究团队和北京大学的赵达慧教授研究团队利用PTB7-Th和氯取代的PBClT聚合物为共给体，NDP-V-C7为聚合物受体，制备了高效的三元全聚合物太阳电池。首先，PBClT和PTB7-Th具有相似的化学结构，PBClT中氯原子的引入微调了其能级排布，使两个给体聚合物之间出现能级差，并有利于形成级联能级，促进电荷的传输。其次，PBClT聚合物具有更深的HOMO能级，和NDP-V-C7制备的全聚合物太阳电池具有更高的开路电压（Voc）。

Fig. 1 (a) Chemical structures of PTB7-Th, PBClT and NDP-V-C7. (b) Normalized UV-Vis absorptions of PTB7-Th, PBClT and NDP-V-C7 films. (c)The molecular energy levels of PTB7-Th, PBClT and NDP-V-C7.

  因此，通过调整三元共混器件中PBClT的含量，可实现全聚合物太阳电池开路电压的精确调控，提高器件效率。最后，得益于PBClT和PTB7-Th的结构相似性，PBClT的引入能够进一步优化混合薄膜的形貌。通过器件优化，三元全聚合物太阳电池的光电转换效率达到了9.03%！

  论文链接：https://doi.org/10.1007/s11426-018-9371-0