国科大黄辉&张昕团队：利用非共价构象锁构建面向低成本、高性能非稠环电子受体的简单砌块

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前言回顾

非稠环电子受体具有构筑单元廉价易得、合成路线简单、成本低等优点，近年来获得了研究人员的大量关注。环戊二噻吩（CPT）单元是构建非稠环受体非常有效的模块，这主要得益于其强的拉电子能力和sp3碳的烷基链，保证了近红外的吸收和良好的溶解性；然而，CPT仍然具有一定的稠环度，这就决定了其仍具有较为复杂的合成和较低的产率。

图1.(a) POBT醛基的合成路线; (b) TT-CPT及TT-POBT的化学结构

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文献简介

基于上述背景，中国科学院大学黄辉/张昕团队利用S‧‧‧O构象锁设计并合成了联噻吩基单元POBT，其可以看做是从非稠环电子受体中广泛应用的CPT单元裁剪而来。不同于CPT单元，POBT单元具有更简洁的合成路线和更高的产率，通过室温suzuki偶联和巧妙的选择性溴化即可合成，总产率达到了70%；并可以此为基础经过C-H活化和缩合反应高效合成终产物。

图2.POBT(C4)-CHO的单晶结构、UV及PL光谱、相关的光伏性能测试

单晶结构表明POBT砌块中存在S‧‧‧O构象锁，并能够保持与稠环结构相媲美的平面性；以POBT单元构建的受体材料，具有平面的骨架、更小的Stokes位移、更低的重组能，证明了非共价构象锁在设计结构简单的低成本电子受体方面的应用潜力。研究结果表明，与TT-CPT相比，PBDB-T:TT-POBT基PSC器件的JSC提高到22.23 mA cm-2, PCE提高到11.15% （对照器件JSC为17.31 mA cm-2，PCE为7.03%），主要得益于提高的分子刚性，降低的重组能，更紧密的π-π堆积和高效且平衡的电荷传输。

图3.器件形貌研究

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文献总结

综上，这个工作表明，简单砌块POBT在构建低成本和高性能NFREAs方面具有巨大潜力，再次显示了非共价构象锁策略的潜力。该论文收录于Chinese J. Polym. Sci.“中国科学院青年创新促进会”高分子领域会员专辑，题为“A Simple Building Block with Noncovalently Conformational Locks towards Constructing Low-Cost and High-Performance Nonfused Ring Electron Acceptors”。中国科学院大学博士研究生古晓斌是该论文的第一作者，高进华博士为共同一作，黄辉教授和张昕副教授为共同通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金、中国科学院及中国科学院青年创新促进会的资助。

本文关键词：有机太阳能电池，非共价构象锁，非稠环电子受体，分子设计，低成本。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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