通过盘状电子给体分子与树枝状电子受体分子间的超分子相互作用构筑有机太阳能电池有序体异质结薄膜

项目计划利用盘状pi-共轭电子给体分子与扇片状pi-共轭电子受体树枝大分子通过超分子相互作用形成液晶性有序体异质结以解决有机共混体异质结中给/受体材料间无规相分离对载流子传输效率的影响。项目提出以氢键或多重氢键等非共价键作用力引导有机电子给体/受体分子自组装形成盘状超分子基元并进一步诱导形成垂直基底有序排列的六方柱状液晶相，从降低系统混合焓的角度平衡了因有序结构引入而引起的系统熵损，为超分子纳米有序体异质结功能薄膜的构筑提供了思路。项目的研究将以三亚苯/苝酸酐体系展开，通过系统探索分子间氢键强度、苝酸酐树枝体衍生物代数以及溶剂、基底性质等阐明异质结功能薄膜在相结构、载流子传输效率等方面的演化规律。项目的研究结果对于探索超分子自组装在有序体异质结构筑、相分离调控等方面的应用具有重要的科学参考价值。

分子间氢键、范德华力、静电相互作用等非共价键引导的盘状超分子自组装结构适合构筑有序堆叠的纳米柱状相，在有序体异质结的制备方面具有非常吸引人的应用潜力。尽管如此，如何处理分子间弱相互作用的平衡关系，进而提高盘状分子的堆叠效率仍然存在诸多的关键科学问题，需深入的了解。.项目以三亚苯异烟酸酯/苝酸酐树枝体氢键复合体系为研究对象，通过系统探讨分子组成、构象等结构因素对复合体系液晶行为的影响规律，掌握了氢键引导下超分子盘状复合体柱状相的形成条件，获得了提高柱状相face-on取向态比例的调控方法，为进一步制备高效盘状液晶性体异质结功能材料奠定了基础。项目的运作期间对三亚苯星型嵌段共聚物的溶液自组装、PEO树枝聚合物/己内酯树枝聚合物静电复合体系的结晶形态与溶液自组装、三亚苯六醚(H6TP)/氮杂三亚苯衍生物(PBH)液晶形态转变等具有代表性的超分子体系也开展了相关的研究。通过改变系统超分子相互作用的强度、产生顺序等间接调控手段实现了对自组装体聚集行为的控制，揭示了分子自组装的内在作用机理，阐明了分子间协同效应、相分离强度等对盘状超分子体系自组装的影响规律，为构建一维有序堆叠的盘状超分子聚集体提供了重要参考依据。