高被引学者都在研究些什么领域？黄维院士、唐本忠院士、曹镛院士团队纪实

黄维：

中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院院士；中国有机电子学与柔性电子学的主要奠基者，西北工业大学常务副校长、博士生导师，中国教育部“长江学者”特聘教授，国家“973计划”项目首席科学家。

研究领域：

从事聚合物发光二极管显示研究并长期活跃在有机光电子学、柔性电子学领域。在构建有机光电子学科的理论体系框架、实现有机半导体的高性能化与多功能化、推进科技成果转化与战略性新兴产业方面做了大量富有开拓性、创新性和系统性的研究工作。在Nature、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Materials、Nature Communications、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society等SCI主流学术期刊发表研究论文700余篇，国际同行引用逾4万余次。是材料科学和化学学科全球高被引学者。

承担项目&成果奖励：

2019年，“金属有机半导体的结构设计、性能调控与光电应用”项目荣获国家自然科学奖二等奖。

2016年，基于“高效钙钛矿发光器件研究”项目入选2016年度“中国高等学校十大科技进展”。

2014年，获何梁何利基金“科学与技术进步奖”。

2014年，“有机半导体的设计原理、高效制备与光电器件”项目获国家自然科学奖二等奖。

等等

2019年部分研究进展：

1 控制三重态生色团堆积在晶体中实现超长有机磷光｜Angew.

分子组装技术是制备超长有机磷光(UOP)材料的重要手段，但由于影响UOP材料性能的因素很多，其机理尚不清楚。黄维院士团队提供了一些更深层次的理解，从结构组的角度，三重色团之间的堆叠确实在晶体的UOP生成中起着关键作用。通过调整氯原子的取代位置，发现在这些异构体中存在有趣的UOP转换开关行为。值得注意的是，咔唑分子间偶联最强的24CPhCz的UOP最显著，其长寿命为1.06 s，磷光量子产率为2.5%。34CPhCz显示UOP（中度降低了770 ms的磷光寿命）和TADF双发射，35CPhCz只显示TADF，结合X射线单晶分析和理论计算，作者提出分子间偶联在UOP和TADF发射的两个竞争过程中起关键作用。研究将为解释晶体中的UOP生成提供一个清晰的认识，并为获得UOP材料提供新的指导。相关研究以“Manipulating the Triplet Chromophore Stacking for Ultralong Organic Phosphorescence in Crystal”为题目发表在Angew.上。

文献链接：DOI: 10.1002/ange.201907572

图1 芳香族酰胺衍生物的光物理性质

2 颜色可调的超长有机磷光体｜Nature Photonics

在可见光谱中显示长寿命、持久发光的材料在显示、信息加密和生物成像领域的应用非常有用。黄维院士与南京工业大学安众福教授所带领的团队与新加坡国立大学刘小钢教授课题组合作报告了在单一有机分子晶体中，通过巧妙的分子结构和晶体堆积设计，构筑单分子态和聚集态的动态多彩长余辉发光新材料。发射颜色可以通过改变激发波长来调整，允许从紫色到可见光谱的绿色部分的动态颜色调整。实验数据表明，这类材料的超长寿命为2.45 s，最大磷光效率为31.2%。此外，还演示了颜色可调的UOP材料在300 – 360nm范围内的多色显示和紫外视觉传感中的应用。为开发动态控制磷光的智能发光材料和传感器提供了新思路。

相关研究以“Colour-tunable ultra-long organic phosphorescence of a single-component molecular crystal”为题目发表在Nature Photonics上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41566-019-0408-4

图2 颜色可调UOP操作示意图

3 高性能钙钛矿发光二极管的合理分子钝化｜Nature Photonics

对于溶液处理的钙钛矿光电器件，例如发光二极管，其主要的效率限制是陷阱介导的非辐射损耗。利用有机分子进行缺陷钝化已被认为是解决这一问题的一种有吸引力的方法。然而，由于缺乏对分子结构如何影响钝化效果的深入了解，这种方法的实施受到了阻碍。黄维院士与北航刘利民课题组与瑞典林雪平大学高峰研究组等合作在钙钛矿发光二极管（LED）领域取得重大突破，实现了达到21.6%的高效钙钛矿LED器件。结果表明，目前普遍忽略的氢键在钝化过程中起着关键作用。通过弱化钝化功能基团和钙钛矿中的有机阳离子之间的氢键，显著增强了与缺陷位点的相互作用，并将非辐射复合损失降到最低。此外，钝化钙钛矿发光二极管在200 mA cm⁻²的高电流密度下保持了20.1%的高外部量子效率和11.0%的壁插效率，这使得它们在高激励下比最有效的有机和量子点发光二极管更具吸引力。相关研究以“Rational molecular passivation for high performance perovskite light-emitting diodes”为题目，发表在Nature Photonics上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41566-019-0390-x

图3 PeLED构建、性能及钙钛矿薄膜特性

4 基于原子级碘化铅晶体的界面半导体的能带结构工程｜AM

作为发现新的物理现象和设计基于界面的器件的新功能的独特平台，探索二维材料的新成分并使其在范德华异质结构中发挥最大的作用是很有必要的。在此，黄维院士、南京工业大学王琳教授课题组通过溶液法合成了不同原子级厚度的PbI₂纳米片，并将其与TMDs二维材料结合起来构建异质结，由几个过渡金属双卤代烷单分子层组装而成的。作为基于PbI₂的界面半导体带工程的一个典型例子，理论与实验分析证明：MoS₂与PbI₂之间的能级排列属于跨立型（Type-I）半导体异质结，即PbI₂中的激发态能量向MoS₂层传递，使MoS₂发光增强，而WS₂和WSe₂分别与PbI₂之间形成了错开型（Type-II）半导体异质结，即WS(Se)₂中的电子流向PbI₂层，电子-空穴对密度减少，引起发光淬灭。这表明超薄PbI₂可以通过界面能带工程，与其他二维材料构筑不同类型的异质结，从而可以极大地拓宽了功能型材料的选择范围，促进新型微纳光电器件研发与应用进程。相关研究以“Band Structure Engineering of Interfacial Semiconductors Based on Atomically Thin Lead Iodide Crystals”为题目，发表在AM上。

文献链接：DOI: 10.1002/adma.201806562

图4  碘化铅纳米片的制备与性质

唐本忠：

中国科学院院士，英国皇家化学学会会士，香港科技大学教授，博士生导师，华南理工大学-香港科技大学联合研究院院长，科技部973计划项目首席科学家。国家自然科学基金基础科学研究中心项目负责人。

研究领域：

主要从事高分子合成方法论的探索、先进功能材料的开发以及聚集诱导发光（AIE）现象的研究。在AIE这一化学和材料前沿领域取得了原创性和引领性的研究成果。作为一类新的、重要的光物理现象和概念，自报道首篇AIE工作以来，已有60余个国家和地区数1100多个研究团队跟进此工作。唐本忠教授累计发表学术论文约1000篇，引用8万余次。

承担项目&成果奖励：

2014-2017年连续入选汤森路透化学和材料双领域高被引用科学家。

2017年，“聚集诱导发光”项目获国家自然科学一等奖。

2017年，获南何梁何利科学与技术进步奖。

2014年，获第27届夸瑞兹密国际科学奖。

2007年，“新型光电功能分子材料与相关器件”项目获国家自然科学二等奖

等等

2019年部分研究进展：

1 分子激发态运动诱导高效光热纳米材料｜Nature Communications

虽然一些迷人的概念，如分子马达和分子机器已经提出多年，分子内运动的应用仍然是有限的，是迫切的追求。在钠米平台中利用分子运动进行实际应用的研究，目前还很少，因为在纳米颗粒中如何实现有效的聚集态分子运动是一些不可克服的挑战。香港科大唐本忠教授课题组与南开大学丁丹教授合作介绍了一类近红外吸收有机分子，它们具有分子内运动诱导的光热纳米粒子，可以使大部分吸收的光能以热的形式消散。与广泛使用的亚甲基蓝和半导体聚合物纳米颗粒相比，纳米颗粒的这种特性使其成为一种优越的光声造影剂，并使它们能够对活小鼠的肿瘤进行高对比度的光声成像。本研究不仅为开发先进的光热/光声成像纳米材料提供了一种策略，而且为分子在纳米平台上的运动提供了实际应用的途径。相关研究以“Highly efficient photothermal nanoagent achieved by harvesting energy via excited-state intramolecular motion within nanoparticles”为题目，发表在Nature Communications上。

文献链接：DOI：10.1038/s41467-019-08722-z

图1 NPs的制备和表征

2 分子聚集调控分子内电荷转移态以促进光热诊疗｜JACS

二维给体和受体(D−A)共轭结构通常被认为是构建高效光热诊疗试剂的标准，以限制聚合物的分子内运动。然而，其他额外的非辐射衰变通道可能被阻塞。香港科技大学唐本忠院士团队与南开大学史林启教授团队、丁丹教授团队合作提出一种基于聚合体中分子运动的策略来解决这一挑战。分子转子和庞大的烷基链接在中心D – A核上，以降低分子间的相互作用。增强的分子运动有利于形成扭曲的分子内电荷转移态，其非辐射衰变增强了光热性质。结果表明，具有长链烷基的小分子NIRb14比短支链NIRb6表现出更强的光热性能，体外和体内实验均表明，NIRb14纳米颗粒可作为光声成像光热治疗的纳米材料。相关研究以“Molecular Motion in Aggregates: Manipulating TICT for Boosting Photothermal Theranostics”为题目，发表在JACS上。

文献链接：DOI：10.1021/jacs.8b13889

图2 NIRb14, NIRb10, NIRb6, 及 NIR6的光声成像与光热治疗

3 通过碳-硫键活化将硫醚污染物转化为有机半导体材料｜Angew.

将有机废物转化为有价值的物质是人类社会可持续发展的目标。其中，城市地表径流中重要的有机废弃物2-甲硫基-苯并噻唑(MTBT) 在对杜氏藻的试验中已被证明具有急性和慢性毒性作用。最近，中科院真空物理重点实验室黄辉教授课题组联合唐本忠院士通过碳-硫键催化活化，将有机废物MTBT成功转化为一系列有机半导体材料，通过对不同芳香基团和反应官能团(锡和硼)的底物的高效转化，证明了这种新型二芳基化反应的普遍性Liebeskind-Srogl偶联反应。有机半导体在场效应晶体管和细胞成像方面表现出优异的性能。这一贡献为有机废物转化为有价值的材料提供了一个极好的例子，并可能开辟利用广泛存在的芳香硫醚的新途径。相关研究以“Efficiently Converting Thioether Waste to Organic Semiconductors by Carbon-Sulfur Bond Activation”为题目，发表在Angew.上。

文献链接：DOI:10.1002/anie.201901274

图3 MTBT与锡基底物反应

4 一种新的四苯乙烯衍生物的多刺激反应及多态性｜AFM

合成了多响应荧光分子四苯乙烯(TPE)衍生物1。它表现出一种典型的聚集诱导发射行为，也表现出对pH变化和胺蒸气的荧光响应，以及多色的机械变色性能。1的发射可以通过溶剂熏蒸、加热或研磨形成高反差的蓝色(1p-f, 462nm,Φf = 7.4%),亮青色(1p-h, 482nm,Φf = 82.3%),和黄色(1p-g, 496nm,Φf = 10.5%)并且可逆地切换。分子1在不同溶剂中结晶得到多种结晶状态。多色的机械色性与晶体中分子间的相互作用和堆积方式有关。弱荧光发射的晶体具有独特的多孔结构和相应的强x射线衍射峰，而强荧光发射的晶体中没有这种结构。多孔结构是分子荧光强度的关键。加热后，晶体的多孔结构被破坏，荧光明显增强。相关研究以“Multistimuli Response and Polymorphism of a Novel Tetraphenylethylene Derivative”为题目，发表在AFM上。

文献链接：DOI：10.1002/adfm.201900516

图4 化合物1和2的分子结构和合成路线

曹镛:

中国科学院院士、发展中国家科学院院士，英皇家化学会会士、华南理工大学教授、博士生导师，有机光电领域世界著名的科学家，也是我国有机光电领域最早的倡导者之一。

研究领域：

主要从事导电聚合物的结构与性能关系及发光材料与器件研究，例如驱动基板、发光器件集成等等。提出“对阴离子诱导加工性”的新概念，解决了导电高分子的高导电性与加工性不能同时并存的难题；首次成功地研制出可弯曲的大面积塑料片基发光二极管；在国际上首次表明在聚合物电致发光二极管中电荧光量子效率有可能25%的量子统计规则，推动了聚合物电致发光二极管的发展。在Nature、Nature Photonics、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society等SCI主流学术期刊发表研究论文500余篇。

承担项目&成果奖励：

2015年，“实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构”项目获国家自然科学二等奖。

2012年，单结聚合物异质结倒置结构太阳电池能量转换效率达到世界最好水平9.214%，该成果入选2012年度“中国科学十大进展”。

2011年，“新型高分子光电功能材料及发光器件”获国家自然科学二等奖。

2010年，“新型高分子光电功能材料及发光器件”项目获国家自然科学二等奖。

等

2019年部分研究进展：

1 全聚合物太阳能电池通用的绿色溶剂，提高功率转换效率到11%｜EES

有机光伏技术的进步一直与对本体异质结(BHJ)微观结构形态的深入理解紧密相关，这通常是由基于单一溶剂或溶剂混合物的喷涂配方控制的。全聚合物太阳能电池(all-polymer solar cells, all-PSCs)进展相对缓慢，主要是由于其复杂的BHJ形态难以掌握，难以处理聚合物链的纠缠，其性能一般限制在8-10%。在这项工作中，华南理工大学曹镛院士、应磊、黄飞教授等人证明了通过使用基于环戊基甲基醚的绿色溶剂体系对BHJ形态进行操作，all-PSCs 的性能可以进一步发展到基准值11%。优越的墨水配方在四种不同的全聚合物太阳能电池上的通用适用性得到了成功的验证，显示了将all-PSCs推向工业生产和商业化的巨大前景。相关研究以“t concept boosting the power conversion efficiency of all-polymer solar cells to 11%”为题目，发表在EES上。

文献链接：DOI: 10.1039/c8ee02863j

图1 PTzBI-Si、N2200、2-MeTHF、THF和CPME的分子结构及光谱性质

2效率超过5%的准二维蓝色钙钛矿发光二极管的复合区位置调制｜Nature Communications

近年来，钙钛矿发光二极管的近红外、红、绿三色发射和20%以上的外部量子效率的研究取得了实质性进展。然而，蓝发射的钙钛矿发光二极管的发展仍然是一个巨大的挑战，它阻碍了基于钙钛矿发射材料的全彩显示器和白光照明的进一步发展。在此，曹镛院士团队首先通过成分和尺寸工程，利用阱密度降低和光致发光量子产率提高的优势，制备了蓝发射增强的准二维钙钛矿薄膜。其次，发现在PEDOT:PSS/钙钛矿杂化膜中钙钛矿晶体的垂直非均匀分布。通过调节复合带的位置，激活大部分准2D钙钛矿晶体,从而证明是迄今最有效的蓝色钙钛矿发光二极管，发射峰在480 nm,亮度3780 cd m⁻²,外部量子效率为5.7%。相关研究以“Modulation of recombination zone position for quasi-two-dimensional blue perovskite light-emitting diodes with efficiency exceeding 5%”为题目，发表在Nature Communications上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41467-019-09011-5

图2 高效蓝发射钙钛矿的合成工程

3 水溶性共轭聚电解质的高效光催化析氢｜Nano Energy

近年来，用于光催化的有机半导体受到了广泛的关注。然而，开发高效光催化析氢的有机光催化剂是一个巨大的挑战。在此，华南理工大学黄飞教授、曹镛院士团队展示了一系列新型共轭聚电解质的高效光催化析氢(CPEs)。通过调节它们与助催化剂的相互作用，水溶性CPEs大大提高了光催化性能，是不溶性前驱体共轭聚合物的50倍。更重要的是，这些CPEs的光催化活性可以通过调节它们之间的相互作用来优化，通过对CPEs侧链和反离子的分子工程研究，得到了Pt共催化剂。由于阳离子CPEs与Pt共催化剂中季铵盐侧链间的强相互作用，阳离子CPEs的性能优于阴离子CPEs。结果表明，优化后的阳离子CPEs与Pt共催化剂的界面接触，可以实现更高效的电荷转移和更高的光催化活性。相关研究以“Highly efcient photocatalytic hydrogen evolution from water-soluble conjugated polyelectrolytes”为题目，发表在Nano Energy上。

文献链接：DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.04.027

图3 PFN-Br、PFNBT-Br、PFNDTBT-Br、PFNDPP-Br的化学结构

(a)、紫外-可见吸收光谱(甲醇)(b)、能级图(c)

4 效率12%以上,有序多尺度非富勒烯小分子有机太阳能电池｜AM

华南理工大学彭小彬教授、曹镛院士团队联合华南师范大学Nianli、上海交通大学Liu Feng、香港城市大学的Alex K.-Y. Jen教授等人将两个近红外吸收分子成功地结合到非富勒烯基小分子有机太阳能电池(NFSM-OSCs)中，实现了12.08%的非常高的功率转换效率(PCE)。这是通过混合溶剂添加剂和溶剂蒸汽退火来实现的，主要工作是分别为ZnP-TBO和6TIC调整有序演化的结晶形态。这样不仅可以提高ZnP-TBO和6TIC共混物的结晶度，而且可以形成多尺度形貌，增强电荷迁移率和电荷萃取。同时通过有效电荷离域减少了非填充复合。结果表明，器件性能显著提高填充因子和短路电流。这些导致了一个非常可观的PCE，这是目前为止，NFSM-OSCs和所有的小分子二元太阳能电池最高的报道。相关研究以“Over 12% Effciency Nonfullerene All-Small-Molecule Organic Solar Cells with Sequentially Evolved Multilength Scale Morphologies”为题目，发表在AM上。

文献链接：DOI: 10.1002/adma.201807842

图4 ZnP-TBO和6TIC的结构、光谱及能级图

文中叙述如有不妥之处，欢迎评论区留言~

本文由Junas供稿。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信：cailiaorenVIP.