全共轭聚合物共混薄膜分子Face-on/Face-on取向调控

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51773203
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    63.0万
  • 负责人：
    刘剑刚
  • 依托单位：
    西北工业大学
  • 学科分类：
    E0302.高分子材料物理
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Weak absorption ability and energetic tenability which are two fatal weaknesses in polymer/fullerene solar cells are effectively solved by all-polymer solar cells. As well known, fullerene is isotropic and could delocalize electrons in the three-dimensional directions, while conjugated polymer is anisotropic, as a result, its molecular orientation influenced the photophysical processes. Both the donor and acceptor adopt face-on orientation is favorable for the separation of CT state, charge transport, leading to reduced geminate recombination, charge recombination and energy loss. Therefore, our work will focus on the following aspects in this project: (1) Adjusting molecular orientation by controlling the heterogeneous nucleation and extension growth of conjugated polymer. (2) Combining solid-liquid phase separation and film-forming kinetics to promote the face-on orientation for polymers in blended system. (3) Based on molecular orientation control, illuminating the influence of the molecular orientation on geminate recombination, charge recombination and energy loss, elucidating the relationship between molecular orientation and photophysical processes in all-polymer solar cells.
全共轭聚合物共混体系可有效解决聚合物/富勒烯共混体系光吸收能力差及LUMO能级高等问题，是国内外关注热点。不同于富勒烯分子光电特性为各向同性，共轭聚合物为各向异性分子，其光电性质依赖于分子取向。全聚合物共混体系给受体分子均为face-on取向时，利于电荷转移态分离及载流子传输，可降低单分子复合、双分子复合几率及能量损失。然而，多数共混体系中给受体分子为face-on/edge-on或edge-on/edge-on取向。本项目围绕如何使给受体转变为face-on/face-on取向这一问题，开展三方面研究：（1）控制共轭聚合物结晶的成核方式，利用外延结晶、受限结晶等原理实现分子取向控制；（2）控制溶液中共轭聚合物共混体系固-液相分离类型，协同控制成膜动力学，实现分子取向控制；（3）揭示给受体取向方式对单分子复合、双分子复合及能量损失等影响，阐明分子取向与光物理过程间联系。

结项摘要

全共轭聚合物共混体系可有效解决聚合物/富勒烯共混体系光吸收能力差及LUMO能级高等问题，是国内外关注热点。不同于富勒烯分子光电特性为各向同性，共轭聚合物为各向异性分子，其光电性质依赖于分子取向。全聚合物共混体系给受体分子均为face-on取向时，利于电荷转移态分离及载流子传输，可降低单分子复合、双分子复合几率及能量损失。然而，多数共混体系中给受体分子为face-on/edge-on或edge-on/edge-on取向。促进有机光伏电池活性层中给受体采取face-on取向是进一步提高器件性能的有效途径。虽然通过分子剪裁设计可实现分子取向的变化，然而其手段繁琐，且增加分子量、降低分子规整度及增加侧链堆积位阻等手段会使分子结晶能力下降，导致共混体系中难以形成载流子连续通路及高纯度相区。.针对以上问题，本项目通过将结晶热力学与动力学因素相结合的策略，实现了分子取向的精确调控，具体研究内容如下：（1）控制共轭聚合物结晶的成核方式，利用外延结晶、受限结晶等原理控制分子取向；（2）调控溶液中共轭聚合物共混体系固-液相分离类型，协同控制成膜动力学，控制分子取向；（3）研究给受体取向方式对单分子复合、双分子复合及能量损失等影响，阐明分子取向与光物理过程间联系。具体成果如下：.（1）揭示共轭聚合物分子量影响分子取向的本质，建立了共轭聚合物结晶微观机制与凝聚态结构间的联系；.（2）从共轭聚合物结晶热力学及结晶动力学过程出发，将外延及受限结晶原理与分子扩散相结合，实现分子取向精准控制；.（3）建立不同共混体系给受体相对取向与器件光物理过程间关系。.通过总结上述规律，获取了影响分子取向的关键性物理参数，为构筑全聚合物太阳能电池活性层多层次结构奠定基础；建立了分子取向-光物理过程-器件性能间的联系。本项目取得的研究成果可为利用大面积溶液加工工艺制备高性能厚膜光伏电池提供理论及技术支持，对本领域发展具有推动意义和引领作用。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
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会议论文数量（0）
专利数量（0）
Investigating the effect of cosolvents on P3HT/O-IDTBR film-forming kinetics and film morphology
研究共溶剂对 P3HT/O-IDTBR 成膜动力学和薄膜形貌的影响
  • DOI：
    10.1016/j.jechem.2020.04.048
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子：
    13.1
  • 作者：
    Jiangang Liu;Shuyi Zeng;Peng Jing;Kui Zhao;Qiuju Liang
  • 通讯作者：
    Qiuju Liang
Optimizing the Phase-Separated Domain Size of the Active Layer via Sequential Crystallization in All-Polymer Solar Cells
通过顺序结晶优化全聚合物太阳能电池中有源层的相分离域尺寸
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2020-03-19
  • 期刊：
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Liu, Jiangang;Zeng, Shuyi;Liang, Qiuju
  • 通讯作者：
    Liang, Qiuju
Recent Advances of Film–Forming Kinetics in Organic Solar Cells
有机太阳能电池成膜动力学的最新进展
  • DOI：
    10.3390/en14227604
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    Energies
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Qiuju Liang;Jianhong Yao;Zhangbo Hu;Puxin Wei;Haodong Lu;Yukai Yin;Kang Wang;Jiangang Liu
  • 通讯作者：
    Jiangang Liu
Balancing Crystal Size in Small-Molecule Nonfullerene Solar Cells through Fine-Tuning the Film-Forming Kinetics to Fabricate Interpenetrating Network
通过微调成膜动力学来制造互穿网络来平衡小分子非富勒烯太阳能电池中的晶体尺寸
  • DOI：
    10.1021/acsomega.8b01162
  • 发表时间：
    2018-07-01
  • 期刊：
    ACS OMEGA
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Liu, Jiangang;Han, Jie;Han, Yanchun
  • 通讯作者：
    Han, Yanchun
Face-on orientation and vertical phase separation of p-DTS(FBTTh2)(2)/PC70BM induced by epitaxial crystallization of polymer interface layer
聚合物界面层外延结晶诱导的p-DTS(FBTTh2)(2)/PC70BM的面对面取向和垂直相分离
  • DOI：
    10.1016/j.orgel.2019.105512
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Organic Electronics
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Qiaoqiao Zhao;Xinhong Yu;Zhiyuan Xie;Jiangang Liu;Yanchun Han
  • 通讯作者：
    Yanchun Han

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益气活血中药配合双联抗血小板治疗对急性心肌梗死大鼠血栓形成的影响
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  • 作者：
    刘剑刚;汪晓芳;闫小平;史大卓
  • 通讯作者：
    史大卓

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刘剑刚的其他基金

全聚合物共混薄膜相区尺寸及给受体结晶度匹配关系调控与机理研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
  • 资助金额：
    58 万元
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    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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