有机光电学术讲座第五十七讲
报告题目1： 多孔有机聚合物的合成及其应用
报 告 人：秦旭东博士
报告摘要：由于日益增长的可再生能源需求和日益枯竭的石油化石资源之间的矛盾，加速了低成本，高安全性储能装置的开发。近年来，锂离子电池作为商业化最成功的储能装置广泛应用于各种便携式电子设备以及电动汽车中。与常用的无机电极相比，有机电极具有结构柔韧性高、多电子反应、制备简单、成本低等优点。各种含有羰基单元的小分子和聚合物已被用作高性能电极材料。近年来，人们对COFs作为电极材料进行了许多研究，以解决其稳定性、可及性和氧化基团利用率低等问题。尽管使用这些基于COF的电极材料(如2D CCP-HATN,54 COF-TRO, HATN-AQ-COF)可以实现54至319 mA h g−1的卓越电池容量与相比，但在容量、速率能力和周期稳定性方面仍有很大的提升空间。另一方面，超稳定和导电的烯烃连接COFs从未在这方面进行过尝试。利用烯烃连接和富含羰基的多孔有机材料作为LIB电极实现高性能是值得期待的。
报告题目2：基于有机半导体材料的红外光探测器件的制备及性能研究
报 告 人：林子豪博士
报告摘要：有机半导体材料由于具有质轻、柔性、吸收可调、可溶液加工等优势而受到研究者们的广泛关注，其在健康监测、照相机、激光雷达等领域均具有广阔的应用前景。近年来，得益于一系列窄带隙有机半导体材料的发展，基于有机半导体材料的红外光电探测器在性能上得到了较大的提升，有望可以替代由无机材料制备的传统红外光探测器。本工作集中于采用有机半导体材料制备不同结构的红外光探测器件，并研究了制备工艺、结构设计、工作机理等对器件性能的影响，最终提升了器件的综合性能。
报告题目3： 有机太阳能电池阴极界面材料的设计合成及器件应用研究
报 告 人：赵海洋博士
报告摘要：目前单结有机太阳能电池的光电转换效率已经突破19%，为了满足大面积应用，需要制备厚度不敏感的活性层和界面层材料。在有机界面材料中，PDI和NDI类的小分子由于高迁移率得到广泛应用，但是其较强的平面刚性结构使其加工时容易聚集，成膜性较差。共轭聚合物具有更好的溶液加工性能，PFN是使用最为广泛的阴极界面材料，但由于其较低的电子迁移率，厚度往往只能限制于大约5nm，难以满足大面积应用。通过引入N型单元提高电子迁移率，可以提高厚膜效率。但是这些共轭聚合物往往采用过渡金属催化的聚合方法，增加了合成成本因此限制了其产业化应用。在本课题中，通过羟醛缩聚引入苯并呋喃二酮单元合成了PBDPVN-Br和PBDPN-Br，且通过引入乙烯双键提高共轭骨架平面性从而提高了其厚膜电子迁移率，从而提高其厚膜器件效率。当界面层PBDPN-Br和PBDPVN-Br在5nm时，分别实现了17.59%和17.89%的效率，在50nm时，平面性更好的PBDPVN-Br维持大于90% 的器件效率，具有更好的厚度不敏感性，表明通过调控共轭主链的平面性有利于提高厚膜效率。当 PBDPVN-Br 进一步用于基于 D18:BTP-eC9 活性层的OSC器件时，显示出最高18.44%的器件效率，展现了其在界面材料中巨大的应用潜力。
报告题目4： 基于苯并噻二唑聚合物给体材料的设计合成及其在有机光伏器件中的性能研究
报 告 人：胡正伟博士
报告摘要：基于有机半导体的有机光伏器件，包括有机太阳电池(OSCs)和有机光电探测器(OPDs)，它们具有质轻、柔性、半透明、可溶液加工、易于集成至读出电路
等优点而受到广泛关注。近年来，随着非富勒烯受体和聚合物给体材料的快速发展一方面大大提高了有机太阳电池的光电转化效率；另一方面也推动了有机光电探测器在光通信、生物医学、光学传感、成像系统等领域的应用。苯并噻二唑(BT)单元，具有较强的结晶性和吸电子能力，并且可以通过其他功能化基团对其进一步修饰。此外，BT单元还具有结构简单，原料易于获得等优点，十分广泛地用于构筑有机光伏材料。目前本人主要开展了以下的研究工作：一、基于氟原子和烷氧链修饰的BT单元，通过三步化学反应设计合成了具有低成本的宽带隙聚合物给体并用于非卤溶剂加工的聚合物太阳电池。此外还研究了烷氧链朝向对光伏性能的影响。二、基于具有更强吸电子能力的BT衍生物，如苯并双噻二唑(BBT)、苯并噻二唑并喹喔啉(TQs)，设计合成了一系列窄带隙聚合物给体材料用于近红外/短波红外有机光电探测器。
报告题目5：设计、合成NIR-II脂质仿生共轭电解质用于体内脂质体跟踪
报 告 人：孟莹莹博士
报告摘要：生物膜由脂质双分子层和膜蛋白组成，在调节细胞、细胞器、细菌、囊泡等的分子转运、信号转导和各种生物过程中发挥着至关重要的作用，同时确定它们的边界。作为基本结构，脂质膜可作为疾病诊断的生物标志物，也可作为药物开发的靶点。而且，这些脂质系统被广泛用作递送一系列疗法的载体。在药物发现过程中，对这些脂质颗粒进行可视化和跟踪是至关重要的，特别是在体内，以了解它们的药代动力学和最大限度地发挥其治疗潜力。膜嵌入共轭电解质(MICE)是一类独特的分子，由线性疏水共轭主链和两端亲水离子侧链组成。与传统的亲脂性染料不同，MICEs模拟整个脂质双分子层，而不是单个脂质分子。这种独特的拓扑结构使MICEs在嵌入脂质双分子层后表现出良好的生物相容性，使其成为理想的膜仿生材料。基于MICE平台的模块化分子设计使其在生物学领域的各种应用成为可能，而且MICE具有膜靶向探针的潜力及其在基于脂质的药物传递研究中的应用前景。
报告题目6：功能化染料分子的设计合成及其在有机光探测器界面层的应用研究
报 告 人：尹 森 博士
报告摘要：光电探测器可以将光信号转换为电子信号，广泛应用于环境监测、图像传感、监控、智能手机、相机等领域。有机光探测器（OPD）具有溶液和大面积可加工性、机械柔韧性、重量轻、室温工作温度和低成本等优势，很好地弥补了商用无机光电探测器的缺点。然而常用的无机界面层功函数不适配、热加工缺陷多等缺点限制了OPDs的进一步发展。传统的有机掺杂材料通过形成配位键来与无机材料键合，较弱的配位键键能并不适用于热加工。本研究以阴极界面材料ZnO和阳极界面材料CuSCN为例，发展了可以与无机材料形成强有力离子键的功能化染料分子PBI-BA，能够有效钝化晶体结构缺陷，并提升界面的电荷迁移率。基于掺杂PBI-BA的ZnO阴极界面的OPDs器件在-0.1 V下的暗电流低至2.7×10-10 A cm-2，830 nm波长处的比探测率达到了4.7×1013 Jones，较纯ZnO界面提升了一个数量级。基于掺杂PBI-BA的CuSCN阳极界面的OPDs器件在850 nm的响应度达到0.40 A W−1，暗电流密度低至2.6×10−10 A cm−2，探测率达到4.3×1013 Jones，较纯的CuSCN界面提升了两倍。
报告题目7：靶向递送基于喹喔啉半导体聚合物用于肿瘤光热治疗
报 告 人：陈培玲 博士
报告摘要：肿瘤光热治疗（Photothermal therapy，PTT）具有良好的时空选择性，对组织侵袭性较小，治疗时间短、对人体毒副作用较低的优点。但PTT在肿瘤治疗中仍然存在一些问题，例如光热转换效率低，肿瘤积累和细胞摄取不足，肿瘤耐热而降低疗效并导致肿瘤复发和转移。如何提高光热治疗疗效并抑制光热治疗导致的肿瘤复发亟待探索。基于此，我们开发了一个基于喹喔啉的半导体聚合物光热剂纳米递送系统，靶向递送光热剂到肿瘤部位，提高光热剂在肿瘤部位的蓄积，减少光照剂量，有效提高光热治疗。该系统在体外展现了较好的肿瘤细胞靶向能力，有效提高了肿瘤细胞光热治疗效果；体内实验结果证明该系统可在肿瘤部位有效富集，在近红外激光下进行高效光热治疗并有效消抑制肿瘤增殖。该纳米系统中的半导体聚合物光热剂在光热治疗中展现出巨大潜力。
报告题目8：近红外非富勒烯受体的设计合成及其有机光探测器
报 告 人：邵 麟 博士
报告摘要：近红外有机光探测器（NIR-OPD）在生物医学成像和光通信中具有广泛的应用潜力。近年来，由于各种非富勒烯受体（NFAs）的出现，NIR-OPD的性能有了实质性的提高。然而，由于缺乏高效的分子设计策略来开发高性能的窄带隙NFAs，以及受到能隙定律的限制， NIR-OPD在1000 nm以上的光谱范围内仍然具有高的暗电流和的低的探测率。研究表明，NFAs的刚性分子结构和紧密堆积在红移吸收光谱，降低材料缺陷态密度方面发挥了重要作用，有利于同时实现拓宽NIR-OPD器件的光谱响应和降低器件暗电流的目的。基于此，本研究采用具有螺共轭结构的供体单元为中心核，构建了一系列窄带隙NFAs并将其应用于有机光探测器器件中，在超过1000 nm的光谱范围内获得了较高的光电响应和极低的暗电流，显著提升了器件的探测水平。
在第一部分的工作中，我们利用螺共轭结构构建了两个受体-供体-受体（A-D-A）构型的非富勒烯受体SPT-4F和tSPT-4F。与没有螺共轭结构的PT-4F相比，SPT-4F和tSPT-4F的三维共轭平面使其具有更强的刚性构象和更好的分子间堆积，从而在1000 nm以上的波长范围内获得了增强的吸收光谱。令人印象深刻的是，基于tSPT-4F的器件在-0.1 V的反向偏压下的暗电流为4.52 × 10-10A cm-2，在1010 nm处的外量子效率（EQE）超过48%，响应度（R）为0.40 A W-1，探测率（D*）为1.25 × 1013 Jones。进一步研究表明，低的暗电流主要来自于器件较低的陷阱态密度，而不是来自于器件内部反向电荷注入速率的抑制。本研究提供了一种可行的分子设计策略来开发用于高性能NIR-OPD的窄带隙NFAs，并探究了分子结构对NIR-OPD光谱响应和探测率的影响。
在第二部分的工作中，我们在第一部分工作的基础上通过进一步优化分子结构，设计合成了DPADT和TPADT两个中心核单元，改善了中心核的给电子能力，三维立体结构和能级分布。在选用烷氧基噻吩作为桥连单元，双氟氰基茚酮作为端基后，非富勒烯受体DPA-4F和TPA-4F展现出增强的近红外吸收。研究表明，TPA-4F相较于DPA-4F具有更加紧密的分子堆积，从而导致了进一步红移的吸收光谱和低的能量无序度。此外，由于器件陷阱态密度的降低，基于TPA-4F的NIR-OPD在-0.1 V的反向偏压下表现出极低的暗电流为2.01 × 10−10 A cm−2， 在1060 nm处的响应度(R)和探测率(D*)分别为0.36 A W-1和2.15 × 1013 Jones，在1100 nm处的R和 D*分别为0.25 A W-1和1.54 × 1013 Jones，是目前报道的光谱响应超过1000 nm的NIR-OPD中探测率最高的。本研究表明，开发具有增强分子堆积和低陷阱密度的窄带隙NFAs是实现高性能NIR-OPD的可行策略。
报告时间：2023 年 08 月 25日 （周五）14:30 – 18:00
报告地点：北区科技园1号楼国重N308A报告厅
