裁剪型有机光伏小分子及其衍生物的研究与应用#

有机太阳能电池光电转化效率已经突破13%,这主要归因于活性层材料的不断丰富与改进。其中,以聚合物为母体的裁剪型分子,其相比于聚合物具有明确的分子量,共轭长度可调,高消光系数,优良的结晶性等优势。本文简要介绍裁剪型分子在二元本体异质结体系,三元体系,非富勒烯体系中的应用及我们组的相关研究工作,总结了其特点并对其应用前景做了展望。     

多孔有机聚合物材料的合成与荧光传感应用

多孔有机聚合物荧光材料既具有孔隙度高的特点,也具有突出的荧光性能.当其骨架上存在与特定分析物(如硝基芳香爆炸物、金属离子、阴离子等)的结合位点时,便赋予其荧光传感的功能.按照不同多孔有机聚合物(POPs)材料的类型,即无定型的多孔有机聚合物材料、晶型含配位键的多孔金属有机框架(MOFs)材料、晶型共价有机框架(COFs)材料,综述了近年来多孔有机聚合物荧光材料的研究新进展,特别是它们基于有机功能分子的设计与合成,及其荧光传感应用.继续从分子层面设计新型的荧光COFs材料是未来可循环使用的高效荧光化学传感器的发展方向,值得关注.     

酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展

有机半导体材料具有来源丰富、化学结构可裁剪、柔韧性较高、器件制备温度低和塑料衬底兼容性好等优点, 极大地拓展了电子器件的功能与应用. 然而, 电子传输型(n型)有机半导体在分子多样性、载流子迁移率和空气稳定性方面远远落后于空穴传输型(p型)半导体, 从而阻碍了双极晶体管、p-n结和有机互补电路的发展. 酰胺或酰亚胺功能化能显著提高有机材料的电子亲和势, 是构建高性能n型有机半导体的重要策略. 本综述总结了近年来萘二酰亚胺类、苝二酰亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、异靛蓝类和其他酰胺/酰亚胺类小分子和聚合物n型有机半导体材料的研究进展, 从分子设计角度出发, 深入讨论了分子结构如何改变分子前线轨道能级、分子间相互作用力、聚集态结构、器件稳定性和电学性能, 最后对其未来的发展方向和面临的挑战进行了展望.     

反应型POSS杂化纳米材料合成及其对聚合物的改性研究进展

多面体低聚笼型倍半硅氧烷(POSS)是一类分子内有机-无机杂化材料。该材料因为同时含有笼型的Si—O—Si核及键合在Si顶点上可设计的有机基团,所以兼具无机材料高的强度和耐温性以及有机基团灵活的可设计性,可广泛用于聚合物的改性。反应型POSS是指POSS上的有机基团与其改性聚合物有较高的反应活性,可以共价键合于聚合物分子链上,提高POSS在聚合物基体中的分散性,增强其界面粘接作用,更大程度提高聚合物的性能。本文综述了近年来反应型POSS的合成,POSS在聚合物增韧补强、耐热阻燃性能、介电性能改性等领域的研究进展,总结了POSS改善无机纳米粒子在聚合物改性体系分散性能方面的研究进展,并指出了今后的发展方向。     

高性能双极性聚合物半导体材料与晶体管器件

有机聚合物半导体材料与晶体管器件是融合了化学、材料、半导体以及微电子等学科的前沿交叉研究方向.聚合物半导体材料分子是该领域研究的重要内容,其中双极性聚合物分子半导体材料,兼具了电子和空穴的双重载流子输运能力而受到学术界的广泛关注.本文总结了双极性聚合物半导体材料与器件的研究进展,重点介绍了我们在D-A型双极性聚合物分子半导体材料设计、加工技术与器件制备以及功能应用方面的研究工作,并论述了双极性聚合物分子半导体材料与器件研究过程中存在的科学问题及发展方向.     

受体型有机光伏材料苝二酰亚胺*

苝二酰亚胺作为一种典型的n型材料,具有可见光区强吸收、光和热稳定性较高等突出优点,近年来应用到有机光伏达电池中。本文介绍了苝二酰亚胺及其各种衍生物的结构和性质,综述了其用作有机光伏受体材料（包括小分子型苝二酰亚胺材料、含苝二酰亚胺受体单元的给体-受体双功能分子和含苝二酰亚胺受体单元的给体-受体双缆型聚合物材料）的最新研究进展。     

共轭聚合物生物电子体系研究进展

共轭聚合物类的有机共轭分子由于其特殊的电子离域效应,具有优异的光电性能.另外该类材料骨架结构丰富、能带可调、易于修饰与制备,使得这类材料除了在发光二极管、场效应晶体管和光伏电池等方面有广泛的研究和应用之外,在生物成像、生物传感、疾病诊断和治疗中也发挥了重要作用.本文综述了近年来基于水溶性共轭聚合物的生物电子体系构建和应...     

有机聚合物材料表面受限光感应C–H键转换反应研究进展

有机聚合物材料普遍具有表面能低和反应惰性的特点,限制了其在光、电、分离、生物医用等高端领域的应用.表面改性是有机高分子材料高性能化的重要手段,其涉及的核心科学问题是表面C–H键的活化/转换化学.光化学反应具有快速高效、化学选择性高、环境友好、可低温反应、时间/空间精确可控等特点,在有机聚合物材料表面改性上具有突出优势.本文介绍了本课题组多年来在有机聚合物材料表面受限光感应C–H键转换反应方面的研究进展,系统介绍了此类反应的机理,以及在生长/固定无机、导电材料、生物分子等方面的应用,并展望了光感应C–H键转换反应今后的发展方向.     

分子印迹聚合物人工酶在催化降解有机磷酸酯神经毒剂中的应用

有机磷酸酯毒剂是农业生产中被广泛使用的农药,也是战场上被违法滥用的化武毒剂,其自降解速率极慢,在环境中的积累会对人类及其他动物的生命安全构成严重威胁。分子印迹聚合物人工酶具有优良的物理化学稳定性,在有机磷酸酯毒剂催化清除上具有广阔的应用前景,是当前的研究热点。文章首先介绍分子印迹聚合物人工酶催化降解有机磷酸酯毒剂的基本原理,重点阐述了近年来分子印迹聚合物人工酶作为一种人工磷酸酯酶在组成、结构、材料形貌设计以及催化降解有机磷酸酯方面的研究进展。     

智能聚合物的双水相体系在生物分子分离纯化中的应用*

简单地改变智能聚合物组成的双水相体系的外界条件,如温度、酸度、离子强度、光照强度、电场、磁场强度等,就可使成相聚合物与生物分子分离。基于智能聚合物的双水相体系分离过程简单,聚合物材料易于回收。近年来,以智能聚合物组成的双水相体系在分离纯化生物分子的研究中发展迅速。本文简要介绍了双水相萃取的原理,综述了十多年来温度敏感型、酸度敏感型、光敏型和具有亲和功能的双水相体系和双水相萃取与其他相关技术的结合在生物分子分离纯化中的研究进展。     

呋喃稠环类共轭有机分子和聚合物研究进展

目前,噻吩稠环衍生物及相关共轭聚合物作为有机半导体材料已经得到了较多的研究和应用.呋喃作为一种与噻吩杂原子同主族的五元环体系,与噻吩具有类似的化学结构和电子性质,但其具有芳香性更小、载流子迁移率高、荧光量子效率高和溶解性好的特点,得到了越来越多的研究和关注.本综述介绍了呋喃稠环共轭有机分子与呋喃稠环共轭聚合物的合成方法、性质及应用.     

光响应超分子聚合物

超分子聚合物是超分子化学、高分子化学和材料化学领域的研究热点.将光响应的功能基团以非共价作用构筑到超分子聚合物体系中,得到光响应型超分子聚合物,从而能够将超分子聚合物的独特性质与光化学反应的优势有效地结合起来,从而构筑新型的光功能材料.本文总结了近年来本课题组有关光响应超分子聚合物方面的研究工作:介绍了主链型的光响应超分子聚合物的光调控组装和解离,超分子聚合物和共价聚合物的光控可逆切换和光调控组装形貌;另外还举例介绍了具有自修复和室温磷光发射等功能的侧链型光响应超分子聚合物,并对刺激-响应的超分子聚合物领域的发展做了展望.     

共轭聚合物荧光传感器的研究进展

共轭聚合物具有共轭分子导线结构,局部微扰在整个聚合物分子链甚至整个聚合物体系内即能得到放大利用,这一性质决定了其具有检测超低含量待测物的能力,且表现出强于小分子荧光传感器的灵敏度.本文概述了荧光共轭聚合物的传感机理,并举例介绍了近年报道的以共轭聚合物为基础的荧光传感器在检测离子及有机小分子方面的应用.     

功能性POSS聚合物及其应用

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一类具有纳米分子尺寸和有机-无机杂化结构的化合物。这种以无机Si—O—Si键组成的框架为核,外围被有机取代基所包围的特殊结构,具有独特的物理性质和化学反应性。采用物理或共聚的方法使其与其他聚合物复合,得到具有特殊功能的有机/无机纳米复合高分子材料,可用于诸多领域,近年来备受关注。本文在介绍POSS分子结构特点的基础上,详细阐述POSS聚合物的合成方法、特点和功能性,着重讨论了POSS在超疏水表面与抗结冰涂层、两亲聚合物、形状记忆材料中的应用及研究现状,并展望了功能性POSS聚合物的发展前景。     

多酸-有机聚合物超分子自组装杂化材料

多酸具有多样的拓扑结构和优异的理化性质,在催化、光电材料和药物等领域显示出广阔的应用前景。多酸-有机聚合物超分子自组装杂化材料不仅有效融合了多酸丰富的功能特性和有机聚合物良好的加工性,而且其有序的自组装结构还赋予材料更多优异的功能调控性。静电复合、氢键作用、共价键连等超分子策略是将多酸引入到聚合物基质中的有效方法。本文总结了多酸-有机聚合物超分子杂化材料近几年的最新研究进展,重点介绍了这类杂化材料的构筑策略、其有序的自组装行为以及超分子功能特性的调控等。     

光响应形变液晶聚合物的结构与应用

液晶聚合物能够在外界刺激下发生形状变化,是一类重要的柔性智能材料。其中液晶有序排列的改变诱导材料的宏观形变。光响应聚合物具有可远程操作、易于控制等特点,在刺激响应性聚合物的设计中受到了广泛关注。将具有光响应性的基团引入到液晶聚合物体系中,可以得到一系列具有重要应用前景的光致形变材料。本文综述了近年来光响应形变液晶聚合物的研究进展,总结了光响应液晶聚合物的分子设计与响应原理,包括光致异构化响应型、光致生热响应型和多重刺激响应型;介绍了光响应液晶聚合物柔性执行器在仿生功能、能量转换和柔性机器人等领域的应用;展望了未来的研究方向与应用前景。     

金刚烷基微孔有机聚合物的合成与性能

微孔有机聚合物由于具有优异的热稳定性、化学稳定性、低密度、高比表面积、分子尺度的孔径分布等优点,在气体储存、气体吸附与分离、有机蒸气吸附、异相催化剂载体、水处理、功能材料等方面引起研究者们极大的兴趣。通常,分子构筑单元特别是在平面或空间中呈对称性的单元,是合成微孔有机聚合物的核心单位。在众多的构筑单元或单体中,多取代金刚烷化合物具有高空间对称性和刚性结构特点,已被成功地用作分子"结"与其他多种类型的连接单元(分子"杆")来构建三维微孔有机聚合物,而且此类微孔有机聚合物在合成产率、结构稳定性、孔径分布、吸附分离等方面表现出许多特殊或优异的性质。本文介绍了目前由金刚烷结构单元构建的以下几种微孔有机聚合物在合成和性能方面的研究进展:苯环连接型、席夫碱连接型、酰亚胺连接型、富氮型(苯并咪唑和三嗪),详细分析和比较了这些聚合物在合成方法、结构特点、稳定性与吸附性能等方面的异同点。此外,介绍了几种其他新型的金刚烷基聚合物。最后提出基于金刚烷的微孔有机聚合物未来的研究方向与思路。     

三嗪基共价微孔有机聚合物的研究进展

共价微孔有机聚合物近年来成为化学、材料和环境等领域的发展前沿和研究热点。其中,三嗪基共价微孔有机聚合物由于高度共面的、π-共轭的1,3,5-三嗪单元的引入,相对于其它多孔吸附剂具有更高的热化学稳定性、独特的光电性质和对客体分子的高选择性分离能力。三嗪共价微孔有机聚合物已应用于气体吸附分离、废水吸附净化、药物缓释、光电响应、超电容和非均相催化等多个领域。本文重点阐述三嗪共价微孔有机聚合物的设计及合成,综述了其功能化策略,并展望了其在材料化工和环境能源等领域的应用前景。     

功能性共轭多孔聚合物材料

有机多孔聚合物(organic porous polymers,OPPs)材料是一类由强共价键将不同几何构型的有机分子砌块链接而成的多维度的多孔网络骨架材料,近年来成为多孔材料发展的一个新方向.按其结构的有序程度划分,OPPs包括无定型(如CMPs,HCPs,PIMs,PAFs等)和晶态(如COFs,CTFs)多孔聚合物两大类.因具有质轻、较大的比表面积、优异的多孔特性、稳定性好、结构与功能可预先设计和精确调控等优点,OPPs在气体存储/分离,非均相催化,光电转换,化学/生物传感,能量存储与转换等诸多领域有着广泛的应用前景.基于"自下而上"的构筑策略,以一种或多种具有特定功能的有机共轭分子为构筑单元,通过其分子间的自聚或共聚来实现二维、三维共轭高分子网络的可控构筑,发展了一系列具有优异光电、催化性能的功能性有机骨架材料.本文总结了近年来作者所在课题组报道的以功能性共轭有机分子为反应单元,自下而上构筑共轭多孔聚合物材料的战略和方法,主要探索了其结构特征以及在光电转换和非均相催化领域等的初步应用.     

面向非富勒烯型有机光伏电池的聚合物给体材料设计

可溶液加工的有机光伏电池(OPV)是一种具有重要应用潜力的新型光伏技术。在OPV技术的发展过程中,富勒烯衍生物作为电子受体材料占据了相当长时间的统治地位,因此聚合物给体材料设计中对如何与富勒烯受体材料相互匹配考虑较多。最近几年来,基于聚合物给体和非富勒烯有机受体的OPV电池,简称为非富勒烯型NF-OPV,得到了十分快速的发展。在此类电池中,聚合物电子给体和非富勒烯型电子受体材料均起到了十分重要的作用。相比于较为经典的富勒烯型OPV,NF-OPV对聚合物给体的光电特性和聚集态结构提出了新的要求。因此,本文针对NF-OPV的特点,重点介绍NF-OPV对聚合物给体材料的吸收光谱、分子能级以及聚集态结构等特征的新要求,总结最近几年来的相关进展,并在此基础上进一步讨论聚合物电子给体材料面临的挑战和展望。