有机能源材料电子态的本质

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91833305
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    150.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0309.光电磁功能有机高分子材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31
  • 项目参与者:
    张春峰; 姚尧; 韩广超; 郭园; 宁录; 王国栋; 朱伟达; 黄家晴; 莫一杰;
  • 关键词:

项目摘要

Benefiting from a rapid development of nonfullerene acceptors (NFAs), remarkable progresses have been achieved in the field of organic energy materials in the last three years. High performances in the state-of-the-art NFA-based devices have stimulated the urgency in elucidating the fundamental mechanism whose characteristics are significantly different from those in conventional fullerene-based systems. Understanding the nature of excited electronic states is pivotal in uncovering the working principles in these devices. Toward this aim, we combine a team of experts devoting in the field of organic optoelectronics with specialties in quantum and molecular dynamics and ultrafast spectroscopy. In this project, we will focus on unveiling the microscopic mechanism by exploring the nature of excited states during optoelectronic conversions. In detail, we will investigate the ultrafast dynamics of the formation, dissociation and recombination of photogenerated electron-hole pairs with different configurations, develop a dynamical model for the carrier transport, and establish the structure-property relationship with in-depth surveys on molecular morphology. By theoretical and experimental efforts, we will reveal the fundamental working mechanisms of devices, propose new schemes for the rational designing of materials and devices, and uncover new concepts to intrinsically improve the efficiency of devices.
近三年来,有机光伏材料特别是非富勒烯体系的研究得到快速发展,取得了令人瞩目的成就。器件效率的快速提升对工作机理的理解、器件结构的优化提出了新的挑战,非富勒烯受体光伏材料展现出许多不同于传统富勒烯体系的特性,探索该类材料中电子态的本质成为理解内在机理的核心任务。为此,本项目团队集合了在有机光伏材料中工作多年的量子动力学和分子动力学、以及超快光谱学的研究者。在前期研究工作的基础上,本项目以揭示有机能源材料光电转换过程中电子态的本质与光电转换微观机理为总体研究目标,结合超快光谱实验与理论模型/计算模拟方法,研究光生电子空穴对的多种形态及其产生、解离与复合的超快动态过程,构建载流子输运的动力学模型,定量刻画分子堆积的微观形貌对关键物理过程的调控,诠释有机光电转换器件工作的基本原理,提出调控材料设计和器件结构的新方案,探寻从根本上提升器件效率的新原理。

结项摘要

得益于非富勒烯受体的发展,有机光伏电池效率得到迅猛提升,并展现出不同于传统富勒烯体系的特性。尤其令人感到迷惑的是,即使在低的激子解离驱动力下,光生电荷产率也非常高。本项目通过结合理论模拟和超快光谱等表征技术,系统研究了高效有机光伏体系的激发态本质和动力学过程。发现极化效应可显著降低基于A-D-A受体有机光伏电池的电荷分离势垒,揭示了低驱动力下自由电荷的高效产生机理。阐明分子骨架、端基和侧链结构对A-D-A受体分子聚集行为和取向的重要影响,发现小分子聚合化受体的电子传输性能决定于分子内超交换和分子间直接耦合的共同作用。提出端基π-π堆积的分子间策略,有效减小A-D-A受体单/三线态能级差、抑制三线态电荷复合,同时保持强的光吸收能力。发现寡聚体分子内单线态裂分新通道,主要借助空间分离的三线态激子对生成自由的三线态,从而破解三线态激子对的产生和分离之间的矛盾。研究结果揭示了有机光电转换的新机理,为分子优化设计进一步提升有机光伏性能给出了新思路。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Exciton Binding Energies in Organic Photovoltaic Materials: A Theoretical Perspective
有机光伏材料中的激子结合能:理论视角
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c08898
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Lingyun Zhu;Zhixiang Wei;Yuanping Yi
  • 通讯作者:
    Yuanping Yi
Quantum Dynamics Simulation of Doublet Excitation and Magnetic Field Effect in Neutral Radical Materials
中性自由基材料中双态激发和磁场效应的量子动力学模拟
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.9b03635
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zeng Jiarui;Qiu Shao-Bin;Zhao Yu-Jun;Yang Xiao-Bao;Yao Yao
  • 通讯作者:
    Yao Yao
Impact of n-Doping Mechanisms on the Molecular Packing and Electron Mobilities of Molecular Semiconductors for Organic Thermoelectrics
n 掺杂机制对有机热电分子半导体的分子堆积和电子迁移率的影响
  • DOI:
    10.1055/a-1729-5728
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Organic Materials, DOI: 10.1055/a-1729-5728
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yan Zeng;Guangchao Han;Yuanping Yi
  • 通讯作者:
    Yuanping Yi
Electronic and optical properties of pi-bridged perylenediimide derivatives: the role of pi-bridges
桥联苝二酰亚胺衍生物的电子和光学性质:桥的作用
  • DOI:
    10.1039/c9ta03124c
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Guo Yuan;Han Guangchao;Tu Zeyi;Yi Yuanping
  • 通讯作者:
    Yi Yuanping
Optical Gain from Biexcitons in CsPbBr3 Nanocrystals Revealed by Two-dimensional Electronic Spectroscopy
二维电子光谱揭示 CsPbBr3 纳米晶体中双激子的光学增益
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.9b00524
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhao Wei;Qin Zhengyuan;Zhang Chunfeng;Wang Guodong;Huang Xinyu;Li Bin;Dai Xingcan;Xiao Min
  • 通讯作者:
    Xiao Min

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其他文献

核主成分分析法在测井浊积岩岩性识别中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    石油地球物理勘探
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周游;张广智;高刚;赵威;易院平;魏红梅
  • 通讯作者:
    魏红梅

其他文献

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易院平的其他基金

非富勒烯有机光伏电池高效电荷分离机理的理论研究
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    面上项目
非富勒烯有机光伏电池高效电荷分离机理的理论研究
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有机光伏非富勒烯受体的分子堆积结构和电子传输性能的理论研究
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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

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          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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