有机电极材料过渡态的研究进展

有机电极材料具有理论比容量大、结构可设计性强、加工使用过程环境友好等优点被广泛应用于二次电池的研究中.有机电极材料在氧化还原过程会产生具有不成对电子的自由基中间体,自由基中间体的稳定程度影响电极材料的电化学性能.通过改变材料的结构可以调控自由基中间体的稳定性,从而优化有机电极材料的电化学性能.本文对有机电极材料在电化学...     

有机自由基电池

有机自由基电池(ORB)是利用稳定的有机自由基聚合物作为电极活性材料的一类新型可充电电池,具有快速充电速度和良好的循环稳定性。此外,有机自由基聚合物还可制成薄膜电池。ORB不含有毒的重金属,其充放电依赖于有机自由基如氮氧自由基的氧化和还原反应,不同于锂离子电池依靠锂离子的脱嵌和嵌入。ORB为环境友好型电池,可作为笔记本电脑、智能卡、传感器和无线电频率识别标签等设备的潜在电源。本文综述了ORB的构成、特征、充放电机理以及研究进展,分析了高性能有机自由基电池的开发动态,包括通过自由基聚合物的多阶充放电特点成倍增加电池的放电容量,通过电极材料的纳米掺杂提高电池的循环稳定性,并指出了高放电容量有机自由基聚合物的设计原理、ORB的发展趋势和潜在应用领域。     

储能电池有机电极材料改性策略研究进展

有机电极材料因其成本低、资源丰富、环境友好、可设计性等优势,成为具有发展潜力的二次电池候选电极材料。目前,种类丰富的有机电极材料已应用在各种金属离子电池体系,然而有机电极材料的商业化应用仍面临着诸多挑战,如本征电导率低、在有机电解液中溶解度大、放电电位低等。针对有机电极材料的技术瓶颈,大量研究聚焦在有机电极材料结构、工艺、尺度等改性优化方面。本文回顾有机电极材料的发展历程和应用,并总结其分类、反应机理及主要问题和挑战,进而详细综述有机电极材料已报道的改性策略,包括分子结构修饰、复合导电碳、纳米尺寸优化、电极-电解液耦合与制备工艺优化等方法,分析各改性方法优势和局限性,最后对未来有机电极材料改性研究方向进行展望,为今后有机电极材料的设计与研究提供参考。     

有机电极材料在非水系金属镁二次电池中的研究进展

由于镁资源储量丰富、成本低廉, 且金属镁具有理论体积比容量高(3833 mAh/cm³), 沉积/溶解过程中不易形成枝晶等优点, 金属镁二次电池受到了研究者的广泛关注. 然而, Mg²⁺较大的极性导致其在多数锂离子电池正极材料中无法实现可逆脱嵌. 主流无机电极材料普遍存在只能在较小电流密度下循环、动力学缓慢、制备工艺复杂等问题. 相较而言, 有机电极材料具有理论比容量高、结构多样易调控、资源丰富、环境友好、受离子半径和电荷影响小等优点, 被认为是一种有潜力的电极材料. 综述了近年来用于非水系镁二次电池有机正极材料的研究进展, 讨论了不同类型有机正极材料的电荷存储机制及电化学性能, 并总结了其面临的挑战、解决策略以及未来的发展方向.     

锂离子电池有机硫化物电极材料*

有机硫化物电极材料是一类新型高比容量的储能材料,通过S-S键的可逆断裂与键合进行释能与储能,主要应用于锂离子电池的正极。该材料包括有机二硫化物、有机多硫化物和硫化聚合物等。本文综述了有机硫化物电极材料的研究现状,分析了各种材料的优势与不足,并展望了其发展趋势。如何提高现有材料的比容量并改善其循环性能是目前的研究重点。     

镁硫二次电池电解液

镁硫二次电池具有安全性好、成本低、能量密度高等特点,其中电解液是目前制约其发展的关键因素。由于硫电极的亲电子特性,格氏试剂及其衍生物系列的传统镁离子电解液无法适用。本文针对有机镁盐+AlCl_3、MgCl_2+有机铝卤盐、MgCl_2+AlCl_3、Mg(TFSI)_2(双三氟甲烷磺酰亚胺基镁)四类电解质溶液体系进行总结和评述。有机镁盐+AlCl_3电解液的镁硫电池表现出较好的电化学性能,MgCl_2+有机铝卤盐电解液体系与硫电极具有良好的兼容性。而使用Mg(TFSI)_2和MgCl_2+AlCl_3电解液时硫电极的比容量不高,且放电平台低。目前所报道的镁硫电池体系的可逆容量衰减都较大,通过加入电解液添加剂等方法可以改善其放电特性和循环稳定性。本文还总结了电解液中活性阳离子结构、阴离子以及电解液添加剂的作用,并展望了镁硫电池电解液体系的研究趋势。     

羰基化合物在新型绿色能源有机钠离子电池中的应用

有机钠离子电池是一种以有机物作为电极材料的新型二次电池。但有机物作为钠离子电池电极材料仍存在较低的氧化还原电位、高的溶解性和低的导电性等问题。解决这些问题通常采用引入吸电子基团来提高氧化还原电位,形成聚合物来降低溶解性和引入导电基底增加导电性等方法。着重关注羰基化合物作为钠离子电池电极材料,分别介绍羰基化合物/聚合物及其与导电基底形成的复合物和柔性电极在钠离子电池中的应用。     

高效率有机太阳能电池的界面工程研究

有机太阳能电池(OSC)为典型的三明治结构,是以共轭类有机化合物为活性层材料将太阳光转换为电能,通过两个电极输出电流。这些有机物具有来源广、质量轻和可再生等优点,使得有机太阳能电池在清洁新能源领域备受关注。当前研究的焦点仍然是提高电池的光电转换效率,主要通过改善活性层材料、优化器件结构和界面修饰等途径。本文重点介绍了作者课题组在界面工程方面所做的代表性工作,通过引入含磺酸基团或羧酸基团的超支化结构的聚合物阴极修饰层材料,获得了高效的OSCs;合成了新颖的非共轭有机小分子电解质修饰层,制备了高达10.02%效率的单结正型OSCs。此外,还研究了简单的极性溶剂处理,如甲醇能够优化活性层形貌,提高电池器件的性能。     

低成本-高性能超级电容器有机小分子电极材料的研究进展

超级电容器因为具有快速充放电速率与高功率密度,已经在许多能源储存领域的应用中取得了迅速的发展,其可以在备用电源、军用设备、便携式电子产品以及混合动力汽车等方面作为电池的有效补充。其电极材料的特性是决定电荷存储的最关键因素。与传统的碳材料、过渡金属氧化物、氢氧化物及导电聚合物相比,有机小分子材料具有资源可持续性、环境友好性、潜在的低成本、结构多样性等特点,在低分子量下可实现多电子可逆法拉第反应,为获得高能量密度的超级电容器奠定电化学反应基础。通过共价或非共价功能化的方法将氧化还原活性有机分子固定在导电碳基底上(如石墨烯、碳纳米管、活性炭等),可以方便地将电荷从电活性分子转移到载流元件,提高电化学储能器件的功率能力,使其电化学性能得到有效的发挥。这篇综述总结了近期报道的低成本、高性能有机小分子电极材料,通过有机小分子的共价功能化和非共价功能化,从合成策略和化学修饰等角度进行了介绍,最后对有机小分子电极材料的发展趋势进行了展望。     

基于有机物电极的电化学能量存储与转化

由于高安全的特性,水系二次电池被认为是未来大型储能的有效解决方案之一. 然而,现有水系电池主要以含金属元素的无机化合物为电极活性材料,其在大型储能中的实际应用仍受到循环寿命、环境问题、原料成本或金属元素丰度的限制. 相较于无机电极材料,部分有机电极材料具有原料丰富、结构丰富、可持续及环境友好等优点. 此外,有机物材料分子内空间大,能够存储不同价态电荷,因此近年来被广泛关注. 本文综述了课题组近期在有机物电极方面的研究进展,内容聚焦含羰基有机物通过C=O/C-O-的可逆转化存储单价金属阳离子(Li⁺, Na⁺)、双价金属阳离子(Zn²⁺)、质子(H⁺)所涉及的电化学过程,及其在水系锂、钠离子电池、水系锌离子电池、质子电池以及分步电解水中的应用.     

有机电路及其基本元器件

半导体电路及其元器件是实现现代信息传递的重要组成部分,随着无机电路特别是硅基电路的研究发展进入瓶颈,有机电路及其基本元器件的研究对于电路及系统的未来发展意义更加重大。近十年来,有机电路及其基本元器件取得了飞速的发展,多种基本元件器性能已经达到可应用程度,特别是在显示领域,基于有机半导体制备的OLED显示电路已经成为新一代显示器的选择。同时,有机电路也因其所具有的低成本、可弯折、高透光等特性而具有了更多的发展空间。本综述从构成有机电路的各基本部件出发,以各部分器件在电路系统中的应用为线索,从系统信息采集、信息处理、信息存储和信息输出4个方面简述了各部分基础元件的发展情况,并以基于有机场效应晶体管的器件为基础,对器件的结构、电性能的优化以及所面临的问题进行了讨论。     

Recent progress in organic field-effect transistor-based integrated circuits

Organic integrated circuits are undergoing rapid development with the extensive research on organic semiconducting materials and the performance improvement of organic field-effect transistors. Organic integrated circuits not only cover all the major circuit types, their complexity, degree of integration, and performance have also been improved in recent years. In this review, recent advances in the design and fabrication of integrated circuits based on organic field-effect transistors are reported. The circuits are categorized into digital and analog, which are discussed in detail centering on the structure, fabrication process, and performance. In addition, progress in the modeling and simulation of organic integrated circuits are discussed as well, as they are key issues for the future development of organic electronics.     

The Synthesis and Optoelectronic Applications for Tellurophene-Based Small Molecules and Polymers

Tellurophene-based small molecules and polymers have received great attentions owing to their applications in thin-film transistors, solar cells, and sensors. This article reviews the current progress of the synthesis and applications of tellurophene-based small molecules and polymers. The physicochemical properties and optoelectronic applications of tellurophene-based materials are summarized and discussed. In the end, the challenges and outlook of tellurophene-based materials are presented.     

A Formal Rearrangement of Allylic Silanols

We show that 1M aqueous HCl/THF or NaBH₄/DMF allows for demercurative ring-opening of cyclic organomercurial synthons into secondary silanol products bearing terminal alkenes. We had previously demonstrated that primary allylic silanols are readily transformed into cyclic organomercurials using Hg(OTf)₂/NaHCO₃ in THF. Overall, this amounts to a facile two-step protocol for the rearrangement of primary allylic silanol substrates. Computational investigations suggest that this rearrangement is under thermodynamic control and that the di-tert-butylsilanol protecting group is essential for product selectivity.     

Low‐Threshold Non‐Doped Deep Blue Lasing from Monodisperse Truxene‐Cored Conjugated Starbursts with High Photostability

Herein, the photophysical, morphological, optical gain characteristics of a set of trigonal monodisperse starburst conjugated macromolecules ( Tr1‐Tr4 ) have been systematically investigated in order to elucidate the influence of the molecular structures on their optoelectronic performance. With increasing the oligofluorene arm length, absorption spectra were red‐shifted progressively, whereas an increase in photoluminescence quantum yields (PLQYs) and optical gain coefficients, and a corresponding reduction in amplified spontaneous emission (ASE) thresholds and loss coefficients were observed for Tr1‐Tr3 except for Tr4 . The results indicate that the effective conjugation length become saturated for Tr3 in this system. Impressively, the resulting molecules manifested very low ASE thresholds (4.4–11.6 μJ cm^?2) with high photostability, as well as high thermal stability. One dimensional distributed feedback (DFB) lasers exhibited a minimum lasing threshold of 10.38 nJ pulse^?1 (0.86 kW cm^?2, 4.325 μJ cm^?2) for Tr3 . It should be emphasized that the ASE threshold of Tr1‐Tr4 was nearly unchanged from room temperature to 200 °C. The results suggest that this kind of truxene‐cored conjugated starbursts with high photostability and low lasing thresholds are rather promising gain media for organic semiconductor lasers.     

功能性可拉伸有机电子器件的研究进展

可拉伸有机电子器件具有高机械稳定性、优异的电学稳定性、低成本和生物兼容性好等优点,是未来电子器件发展的重要方向.功能性可拉伸有机电子器件更是为可穿戴和可植入设备、智能医疗以及软体机器人等新兴高技术领域提供了新的研究思路.本文综述了近年来功能性可拉伸有机电子器件的研究进展,包括场效应、光电、存储以及传感等有机晶体管,发光二极管、交流电致发光、发光电化学电池等有机光电器件,太阳能电池、超级电容器、纳米发电机等有机能源存储与转换器件,压力、应变、触觉、温度、气体等有机传感器,忆阻器、磁存储、仿突触存储等有机存储器,以及其他集成电路系统元件,最后就功能性可拉伸有机电子器件存在的科学问题与未来的发展方向提出了建议.     

油酸包覆二茂铁有机磁体/金红石复合物的表征

制备了油酸包覆二茂铁有机磁体与天然矿物金红石（OPM/RC）复合物，用VSM强磁计，XRD、IR、XPS及SEM对包覆前后OPM/RC复合物的形态结构进行表征，结果表明，包覆复合物多以团聚体形式存在，两相间的界面存在一定程度以-C-O…Ti和-C-O…Fe化学键结合起来的六元环复合层，它有效地降低了复合物的电磁损耗，但在相同磁场下，其饱和磁化强度略下降，这可用油酸包覆复合物中OPM颗粒界面存在自旋钉扎效应进行解释。     

基于外场观测的大气二次有机气溶胶研究

二次有机气溶胶（SOA）是指挥发性有机物在大气中发生光化学氧化进入到颗粒相的产物,由于其具有强烈的环境效应、气候效应和人体健康效应,因此成为大气化学研究的热点. 然而由于SOA的复杂性和测量技术的限制,目前对SOA的研究还非常有限. 总体来说,对SOA的研究手段主要有三种方法：实验室模拟、模式模拟和基于外场观测的SOA研究. 由于SOA的研究非常广泛,本文仅综述了基于外场观测的SOA组成、来源和生成机制的研究,重点在于SOA组分的测量和总量的估算. 基于外场观测的SOA研究是随着技术的发展而发展的,早期的研究仅仅能对SOA的少数物种进行测量,主要是一些有机酸和多羟基化合物;也有利用一些假设对SOA进行粗略的估算,如受体模型法、非生物质燃烧水溶性有机物法;随着SOA实验室模拟研究和示踪物测量技术的发展,二次有机示踪物法真正做到了对特定前体物VOC生成SOA的估算;随着在线测量技术的提高,EC示踪/CO示踪和OC/EC比值法和基于气溶胶质谱（AMS）-正交矩阵模型（PMF）的方法被广泛应用于SOA的估算. 尤其是AMS-PMF联用方法的出现为SOA来源和生成机制的研究开拓了新的方向. 对AMS技术和示踪物技术的进一步联合和开发有望成为未来SOA研究重要的方向.     

First Preparations and Characterization of Conductive Polymer Crystalline Nanoneedles

Single crystalline nanoneedles of three families of the most studied conductive organic polymers - polythiophene, polyaniline and polypyrrole - were synthesized for the first time using an interfacial polymerization process that takes place with simultaneous crystallization. As the crystal growth is concurrent with polymerization, more ordered crystal packing can be expected. Most of the bulk conducting-polymer systems studied contains regions that are inhomogeneous. Single nanocrystals of conducting polymers have not been reported, although needle-shaped bulk crystals of the quarterphenyl cation radical salt have previously been studied. The investigation of processes in a nanodomain of a single crystal is critical in ascertaining the inherent electronic properties of polymer nanoelements. The organic conductive nanoneedles were characterized using TEM, HRTEM, electron diffraction, EDS, and EPR to establish their crystal structure and composition. Scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) investigation were conducted to examine their electronic behaviors, leading to the discovery of a field-induced conductance switching with response times on the millisecond level. The switch voltages are in the range of 3 to 4 volts in STM experiments, consistent with the trend of the band gap of the three polymers. The organic conductive nanoneedles with nano-tip having high density of mobile electron may serve as interesting elements for nanoscale electronics.