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学术校庆氛围渐浓 华南理工接连取得基础研究重要进展

时间:2022-11-14单位:材料科学与工程学院浏览量:1696

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  以学术成果为学校组建70周年暨建校105年献礼,11月9日、10日,华南理工大学两支科研团队的最新科研成果接连在Nature和Nature Energy上在线发表。其中,顾成团队与日本京都大学Susumu Kitagawa团队合作在Nature发表题为“Separating water isotopologues using diffusion-regulatory porous materials”的研究论文;黄飞/李宁团队在Nature Energy上发表题为“Organic solar cells using oligomer acceptors for improved stability and efficiency”的研究成果。

顾成团队研究成果在Nature上发表

  水同位素在生物过程、工业、医疗等方面非常重要,是最难分离的同位素对之一,因为它们的冰点、沸点、键能等物理化学性质和化学交换平衡非常相似。这些相似性导致传统蒸馏和电解方法分离H₂O和D₂O的显著障碍。

  顾成团队的研究报道了通过构建两个多孔配位聚合物——多孔配位聚合物(PCPs)或金属有机框架(metal–organic frameworks, MOFs)的动态特性,在室温下高效分离水同位素的方法。

水同位素动态识别的扩散调节机制

  在这项研究中,研究人员通过扩散调节机制提供了前所未有的水同位素分离,而不需要显著的能量消耗。即使在低温条件下,水同位素也不表现出明显的扩散速率差异,而可调节水同位素扩散的多孔宿主物质尚未见报道。该研究机制的本质是控制水同位素的扩散,并利用局部动态框架来放大它们的速率差异,以诱导水同位素的有效分离。

  这种策略利用了多孔配位聚合物(PCPs)或金属有机框架(metal–organic frameworks, MOFs)的动态特性,它们提供了框架的灵活性,以调节客体流量,以及客体识别分离。

  该论文第一完成单位为华南理工大学,第一作者为华南理工大学材料科学与工程学院博士生苏艳,通讯作者是日本京都大学Susumu Kitagawa教授和华南理工大学顾成研究员。该项工作得到国家纳米科学中心征甲甲教授的大力支持,以及国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金的资助。

黄飞/李宁团队研究成果在Nature Energy上发表

  来自材料科学与工程学院、发光材料与器件国家重点实验室的李宁教授和黄飞教授团队通过合成具有确定化学结构的齐聚物受体,调控有机光电材料的热力学性能和分子堆积行为,构筑了兼具高效率和优秀稳定性的有机太阳电池。

  目前,基于Y系列小分子受体的有机太阳电池已取得超过19%的光电转换效率,但该类材料较低的热转变温度使得活性层的微观形貌在光照或者受热时不稳定,致使相应器件的稳定性受到较大影响,是有机太阳电池实现商业化应用的最大瓶颈之一。

a) 小分子,齐聚物和聚合物的化学结构式;OY1,OY3和POY的吸收光谱

b) (b)和发射光谱(c),蓝点为实验结果,黑线为拟合数据;

c) (d)基于PBDB-T: OY3的器件在光照1000小时后光电转换效率的变化;

d) (e)本工作的光电转换效率和T80使用寿命与其它体系的对比。

  研究者通过一锅法合成了Y系列的齐聚物受体,纯化后分别得到具有确定化学结构的二、三、四聚体。经过器件光稳定性的测试,基于三聚体OY3的有机太阳电池在光照下工作1000小时后仍能保持超过90%的初始效率,经过外推计算得到超过25000小时的T80稳定性,相当于可以在广州使用超过16年。该结果是在本领域中报道的第一个兼具高效率(>15%)和高使用寿命(>15年)的有机太阳电池,为该领域实现商业化应用提出了全新的分子设计思路。

  该论文第一作者为华南理工大学材料科学与工程学院的博士生梁佑才和张荻非,通讯作者为华南理工大学的李宁教授和黄飞教授,其它合作作者还包括德国埃尔朗根-纽伦堡大学的Larry Lüer博士和Christoph J. Brabec教授。该项工作受到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委员会区域创新发展联合基金和广东省基础与应用基础研究重大项目,以及华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室和粤港澳光电磁功能材料联合实验室的支持。(图文/材料科学与工程学院 编辑/卢庆雷)

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