光电功能体系表界面结构化学调控及应用

以染料敏化太阳能电池和单层有机光受体等光电功能体系的性能为导向，系统研究光电功能体系表界面结构与电子性质的化学调控及其应用。发展微纳分级结构氧化钛光电极，研究光阳极中光吸收、载流子传输与电解质传质性能的协同调控方法；研制与微纳分级结构氧化钛电极相匹配的光敏剂，在分子和原子尺度上研究有机染料分子在表面的吸附与组装结构及其对光电性能的影响。发展光电导性能突出、溶剂中易分散形成稳定胶体溶液的Y-型酞菁氧钛纳米簇，研制基于此类纳米簇和光诱导电子隧穿增强效应的、性能优异的新型单层结构有机光受体。结合表界面结构分析与载流子动力学等研究方法，研究表界面结构及电子性质对上述光电功能体系激发态能量传递，光诱导电荷分离、复合和迁移动力学过程的影响规律，研究所发明单层光受体中光诱导电子隧穿增强效应的结构影响因素。本项目的实施，将对相关光电功能材料与器件的发展起到积极的推动作用。

本项目以提高敏化太阳能电池及单层有机光受体等功能体系的性能为导向，开展表界面结构及电子性质化学调控的系统研究，发明了光电导性能优异的Y-型酞菁氧钛光导体纳米簇和基于此类纳米簇及光诱导电子隧穿增效应的单层有机光受体；研制成功了光电转化性能优良的微纳分级结构光阳极的染料/量子点敏化太阳能电池，通过对反应前驱体的组分调节提高了高性能钙钛矿太阳能电池的活性材料在空气中的稳定性，并发展了对铅碘钙钛矿体系定量掺杂氯离子的方法；发展了高效的光催化醇类催化脱氢体系，对促进氢能源的利用具有积极的影响；利用局域表面等离激元共振效应构建高效光热催化体系，为实现广谱太阳能的合理利用打下了良好基础；研制了抗氧气干扰荧光温度传感分子探针，实现了纳米粒子表界面温度的准确探测；通过表面反应和组装构筑了一系列新型光电功能分子的表面组装体，利用STM技术和密度泛函计算等研究了其性质；系统研究了金属酞菁（MPc）和双夹板型金属酞菁（MPc2）分子及其表面分子组装体的结构与电子性质；在金属酞菁体系中观察到了近藤共振，并实现了自旋翻转；利用原位针尖操纵的方法实现了纯有机分子如视黄酸的电子自旋；通过时间分辨光谱等手段研究了表界面结构、电子性质对上述功能体系中能量转化与电荷传输过程的影响规律。建立了时间分辨电荷抽取以及连续光偏置下的瞬态光电压表征方法，并成功将其用于染料敏化太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池的电荷输运动力学过程研究，这些方法对于研究光电功能体系表界面结构与电子性质对器件性能的影响规律具有重要作用。本项目上述研究成果具有重要科学意义和应用价值。.项目执行以来，在Nat. Chem.，Adv. Mater., JACS, PRL，ACS Nano等学术期刊上发表论文73篇，获授权发明专利6件，培养博士研究生32名，项目组一人获聘教育部“长江学者”特聘教授，一人获“国家百千万人才工程国家级人选”和“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。