找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

查看: 509|回复: 7

[学者专家] 清华大学化学系张希

  [复制链接]

52

主题

52

帖子

56

积分

注册会员

Rank: 2

积分
56
发表于 2018-2-27 08:33:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
张希,吉林大学校长,清华大学教授。1965年12月出生于辽宁本溪,籍贯湖南长沙,1987年3月加入中国共产党,1992年12月参加工作,理学博士,高分子化学家,中国科学院院士,清华大学化学系教授、博士生导师  ,第八届国家自然科学基金委员会副主任   ,高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)奖励委员会副主任 ,现任吉林大学党委副书记、校长(副部长级)。

张希

张希

张希  院士
技术职称:教授  博士生导师
xi@mail.tsinghua.edu.cn
欢迎访问课题组主页:http://zhangxigroup.com/

教育背景
1982.9 - 1986.7    吉林大学化学系分析化学  理学学士学位
1986.9 - 1989.7    吉林大学化学系高分子化学与物理  理学硕士学位
1989.9 - 1992.12   吉林大学化学系高分子化学与物理  理学博士学位(导师:沈家骢院士、H. Ringsdorf教授)
工作履历
1993.1 - 1994.12  吉林大学超硬材料国家重点实验室  博士后(导师:邹广田院士)
1992.12 - 1994.10  吉林大学化学系  讲师
1994.10 - 2003.12  吉林大学化学系  教授
1996.10 - 2003.12  吉林大学化学系  博士生导师
1999.3 -           教育部“长江学者奖励计划”  特聘教授
1997.5 - 2004.3    超分子结构与材料教育部重点实验室  主任
2004 -             清华大学化学系  教授、博士生导师
2008 - 2014    清华大学化学系  主任
2014.7-          国家自然科学基金委员会 化学部主任
2014.12-        清华大学学术委员会   主任
学术兼职
Langmuir (ACS) 副主编(Senior Editor)
高分子学报    主编
Chemical Communications (RSC) 编委
Chemistry - A European Journal (Wiley-VCH) 编委
Small (Wiley-VCH) 编委
ACS Applied Materials and Interfaces (ACS) 编委
Polymer Chemistry (RSC) 编委
Polymer (Elsevier) 编委
Polymer International (Wiley-VCH) 编委
Advances in Polymer Science (Springer) 编委
Macromolecular Chemistry and Physics (Wiley-VCH) 编委
Macromolecular Rapid Communications (Wiley-VCH) 编委
Polymer Journal (NPG) 编委
中国化学会副理事长
中国化学会高分子学科委员会副主任
环太平洋高分子联合会(Pacific Polymer Federation)主席
研究领域
超分子组装;有序分子薄膜;单分子力谱。
研究概况


超分子聚合新方法
超分子聚合物是一类由单体通过非共价键连接而成的,有别于传统共价键连接的聚合物。由于其具备动态可逆,自修复,易降解等独特的性质,近年来日益引起广泛地关注,并已逐渐发展成为高分子科学的重要分支。我们致力于发展新的超分子聚合驱动力以及可控超分子聚合的新方法。近年来,我们引入主体增强相互作用作为新的聚合推动力,报道了一系列基于葫芦脲 [8] 的超分子聚合物。通过合理并巧妙地设计客体分子结构,例如设计ABBA型单体,引入大位阻连接基元等,有效抑制了二聚和环化效应,成功实现在稀溶液中制备高聚合度的超分子聚合物。在此基础上,我们提出了可控多步自组装的策略实现超分子聚合物的可控制备。例如采用可控自分类识别的方法,实现超分子聚合物分子量的有效调控。同时我们还发展了超分子单体的可控共价聚合的策略,将难以控制的非共价键聚合转换为可控的共价键聚合,从而实现超分子聚合物的可控制备。
自组装的构筑基元:从两亲分子到超两亲分子
超两亲分子是指通过静电相互作用、π-π相互作用、电荷转移相互作用、氢键以及主客体相互作用等非共价键构筑的两亲分子。一些能够在特定条件下进行可逆断裂和形成、与非共价键性质相似的动态共价键,例如亚胺键和二硫键,也可被用于构建超两亲分子。
根据构筑基元结构的不同,超两亲分子的构筑策略可主要分为两类。其一是“创造两亲性”,即通过非共价键或动态共价键将亲水组分和疏水组分直接相连。另一类策略是“调控两亲性”,即通过非共价合成的方法对传统的完全通过共价键构筑的两亲分子进行修饰。
两亲分子的拓扑结构往往决定了其物理化学性质和功能。目前已有多种拓扑结构的超两亲分子被设计并合成出来,其中包括单头单尾型、多头单尾型、单头多尾型、多头多尾型以及 bola 型等。由于非共价合成方法本身固有的简易性,制备某些特定拓扑结构的超两亲分子往往能够比制备同样拓扑结构的传统两亲分子更省工时以及更简单。
得益于非共价键和动态共价键固有的动态性,通过理性设计,向体系中引入对pH、紫外-可见光、竞争性组分、酶以及温度等外界刺激敏感的基团,可以使超两亲分子在特定条件下改变自身的结构和性质,即赋予其刺激响应性能,这也使超两亲分子在智能纳米载体和化学分析等领域具有一定的应用潜力。

从常规的层状组装到非常规的层状组装
尽管基于静电、氢键、配位键等相互作用的层状组装技术(LbL)是构筑层状超分子结构的一种有效方法,但还有许多功能分子无法利用这些常规LbL方法进行组装。我们提出了非常规的层状组装方法来解决这一问题,即先利用体相中的超分子组装使功能分子具有自组装能力,再以溶液中形成的超分子组装体为构筑基元,结合液/固界面的交替沉积的常规LbL方法实现有序层状结构的制备。例如,以嵌段高分子胶束为超分子容器来包覆非水溶性和不带电荷的分子,再以此高分子胶束为构筑基元,实现了不带电荷的疏水功能分子的组装,并在一定条件下可以实现其可控的释放。在此基础上,我们还利用静电复合作用实现了带寡电荷的功能分子组装,并将此概念应用于表面分子印迹领域的研究。应邀,在Chem.Commun.(2007, 1395)上撰写了一篇评述性的文章,比较系统地阐述了交替层状组装技术从常规LbL组装发展到非常规LbL组装的思想、方法、及展望。

界面分子组装与浸润性质的调控
界面分子自组装是构筑具有特异物理化学性质表面的一种有效方法。我们利用聚电解质多层膜具有离子通透性的特点,将静电交替层状组装技术与电化学沉积相结合,建立了一种在聚电解质多层膜修饰的电极表面制备金属微-纳米结构的方法。通过控制电沉积的动力学过程,使得金微-纳米薄膜具有微米级的树枝状分形结构,在经过十二烷基硫醇修饰后,其表现出了超疏水的特性。这种制备超疏水涂层方法的优点之一在于其不依赖于基底的大小和形状。利用这一优点,我们将此超疏水涂层修饰于圆柱状的金丝表面,成功地模拟了其漂浮于气/液表面的减重和减阻性质。另外,我们通过将一些具有刺激响应性的功能分子引入到金表面,成功地制备了表面浸润性质可调控的智能响应表面。

基于超分子相互作用的自组装聚集体
两亲性分子自组装形成不同尺寸和形态的胶束状结构,并可用作制备纳米结构材料的模板或模拟生物矿化过程,但胶束状结构具有本征性的动态和流动性,而实际的应用要求它具有一定程度的工程稳定性。我们提出了通过增强分子间相互作用和温和条件下的聚合两种方法以获得干态条件下稳定的表面胶束,从而为表面图案化和稳定的超分子材料的制备提供新途径。
两亲性是分子自组织的基础之一。如果我们能控制分子的两亲性,就有可能提供调控分子自组装和解组装的方法。我们将光敏基团引入构筑基元的设计,合成与组装了两亲性超分子。基于在溶液中和表面的分子自组织,这些具有光响应基团的两亲性超分子可以自组织形成分子聚集体,通过紫外光等外界条件的改变,可以实现分子两亲性的可逆调控,从而实现对聚集体的形貌结构和性质的调控。基于以上研究成果,我们应邀在Adv. Mater.(2009,21,2849)上发表一篇评述性文章,比较系统地论述了改变分子的两亲性对其形成的聚集体进行结构调控的一些方法,并提出了基于超分子相互作用来构筑“超分子表面活性剂”的思想,从而进一步拓展了可控、可逆的超分子自组装体系的应用范围。

分子内与分子间相互作用的单分子力谱研究
分子内及分子间相互作用是高分子和超分子科学中的基本问题,对其深入的认识可以提供关于分子结构、界面结构、超分子结构及组装推动力方面的重要信息。利用基于原子力显微镜的单分子力谱方法,我们曾研究了一系列聚合物体系,从单分子水平揭示了聚合物力诱导下的构象转变,建立了力谱特征与界面吸附结构间的关联,直接测量了一些体系的界面吸附能或分子间相互作用力,为认识界面结构和分子组装推动力提供了依据。近来,为实现分子间相互作用力的直接测量,我们以柔性高分子PEG为间隔基,将构筑基元通过此间隔基化学修饰于AFM的针尖,将另一相互作用的基元修饰于基底。利用此方法,我们直接测量了芘与石墨基底之间的π-π相互作用约为55 pN,而且实验表明此相互作用不具有明显的速度依赖性。类似的方法还可用于研究树枝状分子之间的相互作用、小分子与DNA间的嵌入作用等,从而可能有助于揭示分子识别和分子组装的本质。

奖励与荣誉
1994    入选原国家教委“优秀跨世纪人才计划”
1994    霍英东青年基金
1997    国家自然科学基金委“杰出青年基金”
1997    宝钢教育基金会“优秀教师特等奖”
1997    中国化学会“青年化学奖”
1997    入选国家人事部“百千万人才工程”
1998    香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”
1998    吉林省“十大杰出青年”
2001    全国师德先进个人
2004    国家自然科学二等奖(第二获奖人)
2004    科技部“973”计划先进个人
2004    北京市茅以升青年科技奖
2005    中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖
2006    中国青年科技奖
2007    中国科学院院士
2008    英国皇家化学会(RSC) Fellow
2009    中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖
2010    中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖
2013    日本东京大学工学部Fellow
2013    香港浸会大学杰出客座教授
学术成果
发表论文:
1. Supramolecular Polymers: Historical Development, Preparation, Characterization and Functions, Liulin Yang, Xinxin Tan, Zhiqiang Wang and Xi Zhang, Chem. Rev., 2015, 115, 7196-7239.
2. Self-assembling 1D core/shell microrods by the introduction of additives: a one-pot and shell-tunable method, Jun Xu, Hongde Yu, Liulin Yang, Guanglu Wu, Zhiqiang Wang, Dong Wang and Xi Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 4907-4911.
3. Supramolecular Free Radicals: Near-infrared Organic Materials with Enhanced Photothermal Conversion, Yang Jiao, Kai Liu, Guangtong Wang, Yapei Wang and Xi Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 3975-3980.
4. A Supramolecular Strategy for Tuning the Energy Level of Naphthalenediimide: Promoted Formation of Radical Anions with Extraordinary Stability, Qiao Song, Fei Li, Zhiqiang Wang and Xi Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 3342-3346.
5. Controlling the self-assembly of cationic bolaamphiphiles: hydrotropic counteranions determine aggregated structures, Guanglu Wu, Joice Thomas, Mario Smet, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang, Chem. Sci., 2014, 5, 3267-3274.
6. Supramolecular chemistry at interfaces: host–guest interactions for fabricating multifunctional biointerfaces
Hui Yang, Bin Yuan, and Xi Zhang, Oren A. Scherman
Acc. Chem. Res., 2014, 47, 2106-2115.
7. Supramolecular polymerization promoted and controlled through self-sorting
Zehuan Huang, Liulin Yang, Yiliu Liu, Zhiqiang Wang, Oren A. Scherman, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5351-5355.
8. Reversible and adaptive functional supramolecular materials: “noncovalent interaction” matters
Kai Liu, Yuetong Kang, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Adv.Mater., 2013, 25, 5530-5548.
9. Supramolecular photosensitizers with enhanced antibacterial efficiency
Kai Liu, Yiliu Liu, Yuxing Yao, Huanxiang Yuan, Shu Wang, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 8285–8289.
10. A new dynamic covalent bond of Se-N: towards controlled self-assembly and disassembly
Yu Yi, Huaping Xu, Lu Wang, Wei Cao, and Xi Zhang
Chem. Eur. J., 2013, 19, 9506-9510.
11. Characterization of supramolecular polymers
Yiliu Liu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 5922-5932.
12. Generation of 2D Organic Microsheets from Protonated Melamine Derivatives: Suppression of the Self Assembly of a Particular Dimension by Introduction of Alkyl Chains
Jun Xu, Guanglu Wu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Chem. Sci ., 2012, 3, 3227-3230.
13. Amphiphilic Building Blocks for Self-Assembly: From Amphiphiles to Supra-amphiphiles
Chao Wang, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Acc. Chem. Res., 2012, 45, 608-618.
14. Supramolecular amphiphiles. Xi Zhang, and Chao Wang. Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 94-101.
15. Superamphiphiles Based on Directional Charge-Transfer Interactions: From Supramolecular Engineering to Well-Defined Nanostructures
Kai Liu, Chao Wang, Zhibo Li, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 4952-4956.
16. Extracting a Single Polyethylene Oxide Chain from a Single Crystal by a Combination of Atomic Force Microscopy Imaging and Single-Molecule Force Spectroscopy: Toward the Investigation of Molecular Interactions in Their Condensed States
Kai Liu, Yu Song, Wei Feng, Ningning Liu, Wenke Zhang, and Xi Zhang
J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 3226-3229
17. An Enzyme-Responsive Polymeric Superamphiphile
Chao Wang, Qishui Chen, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 8612-8615
18. Water-soluble supramolecular polymerization driven by multiple host-stabilized charge-transfer interactions
Yiliu Liu, Ying Yu, Jian Gao, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 6576-6579
19. Supramolecular amphiphiles based on water-soluble charge transfer complex: fabrication of ultra-long nanofiber with tunable straightness
Chao Wang, Yinsheng Guo, Yapei Wang, Huaping Xu, Ruji Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 8962-8965.
20. Tuning the amphiphilicity of building blocks: controlled self-assembly and disassembly for functional supramolecular materials
Yapei Wang, Huaping Xu, and Xi Zhang
Adv. Mater., 2009, 21, 2849-2864.
21. Controlled self-assembly manipulated by charge transfer interaction: from tubes to vesicles
Chao Wang, Shouchun Yin, Senlin Chen, Huaping Xu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 9049-9052.
22. Tuning surface wettability through photocontrolled reversible molecular shuttle
Pengbo Wan, Yugui Jiang, Yapei Wang, Zhiqiang Wang, Xi Zhang
Chem. Commun., 2008, 44, 5710-5712.
23. Towards understanding why a superhydrophobic coating is needed by water striders
Feng Shi, Jia Niu, Jianlin Liu, Fang Liu, Zhiqiang Wang, Xiqiao Feng and Xi Zhang
Adv. Mater., 2007, 19, 2257-2261
24. Photo-controlled reversible supramolecular assembly of an azobenzene-containing surfactant with α-cyclodextrin
Yapei Wang, Ning Ma, Zhiqiang Wang and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 2823-2826.
25. The introduction pi-pi stacking moieties for fabricating stable micellarstructure: formation and dynamics of disklikemicelles
Bo Song, Zhiqiang Wang, Senlin Chen, Xi Zhang, Yu Fu, Mario Smet and Wim Dehaen Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 4731-4735.
26. Combining a layer-by-layer assembling technique with electrochemical deposition of gold aggregates to mimic the legs of water striders
Feng Shi, Zhiqiang Wang and Xi Zhang
Adv. Mater., 2005, 17, 1005-1009.
27. Polyelectrolyte multilayer as matrix for electrochemical deposition of gold clusters: toward super-hydrophobic surface
Xi Zhang, Feng Shi, Xi Yu, Huan Liu, Yu Fu, Zhiqiang Wang, Lei Jiang and Xiaoyuan Li
J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 3064-3065.
28. In situ gamma ray-initiated polymerization to stabilize surface Micelles
Xi Zhang, Mingfeng Wang, Tao Wu, Shichun Jiang and Zhiqiang Wang
J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 6572-6573.
29. Highly efficient dendrimer-based mimic of glutathione peroxidase
Xi Zhang, Huaping Xu, Zeyuan Dong, Yapei Wang, Junqiu Liu and Jiacong Shen
J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 10556-10557.
30. Single molecule mechanochemistry of macromolecules. Wenke Zhang and Xi Zhang. Progress in Polymer Science, 2003, 28, 1271-1295.
31. Simple method to isolate single polymer chains for the direct measurement of the desorption force. Shuxun Cui, Chuanjun Liu and Xi Zhang. Nano Letters, 2003, 3, 245-248.
32. Force spectroscopy study on poly(acrylamide) derivatives: effects of substitutes and buffers on single-chain elasticity. Chi Wang, Weiqing Shi, Wenke Zhang, Xi Zhang, Yukiteru Katsumoto and Yukihiro Ozaki. Nano Letters, 2002, 2, 1169-1172.
33. Supramolecular chemistry: functional structures on the mesoscale. Son Bin, T Nguyen, Douglas L. Gin, Joseph T. Hupp and Xi Zhang. Prog. Natl. Acad. Sci. USA (PNAS), 2001, 98, 11849-11850.
34. Hydrogen bonding governs the elastic properties of poly(vinyl alcohol) in water:single-molecule force spectroscopic studies of PVA by AFM. Hongbin Li, Wenke Zhang, Weiqing Xu and Xi Zhang. Macromolecules, 2000, 33, 465-469.
35. Fabrication of a covalently attached multilayer via photolysis of layer-by-layer self-assembled film containing diazo-resins. Junqi Sun, Tao Wu, Yipeng Sun, Zhiqiang Wang, Xi Zhang, Jiacong Shen and Weixiao Cao. Chem. Commun., 1998, 1853-1854.
36. Self-assembled ultrathin films: from layered nanoarchitectures to functional assemblies. Xi Zhang, Jiacong Shen. Adv. Mater., 1999, 11, 1139-1143.
37. A new approach for fabrication of a self-organizing film of heterostructured polymer/Cu2S Nanoparticles. Huiming Xiong, Minghua Chen, Zhen Zhou, Xi Zhang, and Jiacong Shen. Adv. Mater., 1998, 10, 529-534.
38. A new approach for the fabrication of an alternating multilayer film of poly(4-vinylpyridine) and poly(acrylic acid) based on hydrogen bonding. Liyan Wang, Zhiqiang Wang, Xi Zhang, Jiacong Shen, Lifeng Chi, and Harald Fuchs. Macromol. Rapid Commun., 1997, 18, 509-514.



回复

使用道具 举报

50

主题

64

帖子

68

积分

注册会员

Rank: 2

积分
68
发表于 2018-3-8 16:09:33 | 显示全部楼层
        在国家自然科学基金委的资助下,清华大学化学系张希教授与首都医科大学公共卫生学院孙志伟教授合作,提出了“超分子化疗”的新概念,致力于利用超分子化学的策略,降低化疗药物对正常细胞的毒性,并提高其抗癌疗效。

       2018年初,他们再次将“超分子化疗”拓展到了羧基化柱芳烃的超分子主体当中。基于类似的策略,羧基化柱芳烃与奥沙利铂的主客体复合,不仅显著地降低了其对正常细胞的毒性,而且抗癌活性比单独使用奥沙利铂增强了约20%。在这项工作中,抗癌活性的增强,不仅细胞水平上得以实现,并且在裸鼠动物模型上同样得到了验证。在超分子化疗中,药物在癌细胞中的释放效率,取决于肿瘤标志物与超分子主体的竞争结合能力。这一体系中,奥沙利铂与羧基化柱芳烃的结合常数为104 M-1,而生理条件下被质子化的精胺,可以通过多重静电相互作用,与带有负电荷的羧基化柱芳烃结合常数高达107 M-1。基于三个数量级的优势,精胺可以将奥沙利铂定量地竞争置换出来,使其抗癌活性得以彻底恢复。同时,羧基化柱芳烃同样可以消耗精胺,共同促进抗癌效果的增强。这项工作进一步展现了超分子化疗的应用前景,可以预见更多含负电荷的超分子主体有望被应用到超分子化疗中。(参见郝奇、陈月月等ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10(6), 5365-5372)

       最近,为了解决超分子药物长循环较差的问题,他们最近提出了“超分子聚合物化疗”新方法。如图4所示,他们将葫芦[7]脲与聚乙二醇偶联聚合起来,构筑了一种主链型聚葫芦[7]脲。通过聚葫芦[7]脲与奥沙利铂的主客体复合,奥沙利铂的长循环效果显著改善。同样地,聚合物型超分子药物可以起到降毒增效的效果,这一结论在裸鼠模型中也得到确证。考虑到超分子化学、聚合物化学和药物化学的结合,能够产生多种新颖结构与功能,超分子聚合物化疗具有巨大的发展空间,有可能丰富超分子化疗的内涵。(参见陈浩、陈月月等Biomaterials, 2018, ASAP, DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.02.051)

基于聚葫芦[7]脲构筑的超分子聚合物化疗体系

基于聚葫芦[7]脲构筑的超分子聚合物化疗体系


回复 支持 反对

使用道具 举报

47

主题

57

帖子

62

积分

注册会员

Rank: 2

积分
62
发表于 2018-3-20 15:58:42 | 显示全部楼层
            清华大学张希院士评述:叠层聚合物太阳电池取得接近15%的光伏效率



       聚合物太阳能电池(polymer solar cell,简称PSC)是重要的光电转换器件. 近年来,基于非富勒烯型电子受体的聚合物太阳能电池(NF-PSC)发展迅速. 迄今为止,单结NF-PSC的光伏效率已经达到13%以上,超过了传统的富勒烯型聚合物太阳能电池. 相比于单结NF-PSC,叠层NF-PSC有助于克服外量子效率受限和热损耗偏高的问题. 然而,叠层NF-PSC的构筑,对于材料的设计要求更高,器件制备的难度也更大,因而发展相对缓慢. 最近,侯剑辉等对叠层NF-PSC中的前、后子电池之间的光谱匹配性进行了优化调制,选用窄带隙的PTB7-Th:IEICO-4F作为后电池,宽带隙的J52-2F:IT-M作为前电池,来构建叠层NF-PSC,将光伏效率进一步提升到了14.9%,目前为该领域的最高值。
  本文将简要介绍NF-PSC的发展概况,评述这一突出的研究成果,总结中国学术界在NF-PSC领域做出的卓越贡献,并展望该领域的广阔前景。
  聚合物太阳能电池(polymer solar cell,简称PSC)具有可通过溶液涂布方式制备大面积柔性器件的突出优点,提升其将太阳能转换为电能的效率(简称:光伏效率)是当前重要研究目标之一.自Heeger等从1995年发明PSC以来[1],虽然多种有机半导体均可表现出光伏特性,但是由聚合物电子给体和富勒烯电子受体组成的光伏材料体系备受关注. 富勒烯材料具有球状共轭结构,由其参与的电荷转移和传输过程对分子取向依赖性低,在材料体系和形貌调控方法较少的前期,更容易获得较高的光伏效率. 然而,经过多年发展,由聚合物给体和富勒烯受体构建的PSC的光伏效率已逐渐达到瓶颈. 如图1所示,在2011年含富勒烯受体的单结和叠层PSC的光伏效率达到11%,之后一直停滞不前. 因此亟待验证非富勒烯型聚合物太阳能电池(NF-PSC)在实现更高光伏效率方面的可行性。
  相比于富勒烯电池,NF-PSC易于实现宽而强的吸收光谱,且同等光学带隙(Eg)下易于实现更高的开路电压,但对给/受体之间匹配性的要求更高. 随着有机光伏材料的日趋丰富和器件制备技术的逐渐提高,高效率NF-PSC的实现逐渐成为可能. 2015年,占肖卫等报道了基于A-D-A结构的非富勒烯受体(ITIC)以及光伏效率达6.8%的NF-PSC,表明ITIC是一种极具潜力的新型受体[2].2016年,中国科学院化学研究所侯剑辉课题组采用新型聚合物给体(PBDB-T)与ITIC共混,实现了给/受体之间吸收光谱和分子能级的良好匹配以及较为理想的相分离结构,成功地制备了具有11%光伏效率的NF-PSC[3]. 此后,该课题组针对PBDB-T 和 ITIC 进行优化设计,逐步将单结NF-PSC的光伏效率推进至13%以上[4]. 如图1所示,侯剑辉课题组陆续报道了3个由中国计量院验证的同期世界最高效率. 与此同时,国内多个课题组也在其他非富勒烯有机太阳能电池的研究中取得快速进展,基于全小分子[5]和全高分子活性层[6]的单结电池的突出结果均由我国学者报道,表明中国在此研究方面已经走在了世界最前列。

叠层聚合物太阳电池取得接近15%的光伏效率

叠层聚合物太阳电池取得接近15%的光伏效率
Fig. 1 Recent progress in power conversion efficiency of fullerene-based and non-fullerene-based polymer solar cells The data are obtained from the chart of “Best Research-Cell Efficiencies” published by National Renewable Energy Laboratory and the certified photovoltaic results in literatures.
  尽管NF-PSC在拓宽光响应谱带和提升输出电压方面具有突出优势,但是仍然面临外量子效率受限和热损耗偏高的问题. 构筑具有叠层结构的NF-PSC是克服上述问题,从而进一步提升光伏效率的有效途径. 然而,由于叠层电池中涉及的材料种类多,器件制备难度大,其发展仍滞后于单结结构的NF-PSC. 近期,侯剑辉等人对叠层NF-PSC中的前、后子电池之间的光谱匹配性进行了优化调制. 他们通过一系列对比实验,选用窄带隙的PTB7-Th:IEICO-4F作为后电池(Eg =1.24 eV)和宽带隙的J52-2F:IT-M作为前电池(Eg =1.59 eV)构建叠层电池,实现了对300 ~ 1000 nm区间的太阳光的高效吸收,获得了超过13 mA/cm2的短路电流密度. 同时,由于前、后子电池均具有较低的能量损耗,整个器件的开路电压达到了1.65 V. 相比于该团队前期取得的结果[7],该叠层NF-PSC的光响应谱向长波方向拓宽了100 nm,短路电流密度提升了近2 mA/cm2,因此,其光伏效率也从13.1%提升至14.9%. 美中不足的是,该电池封装之后效率略有衰减,由中国计量科学研究院验证的光伏效率降低至14.0%,但仍然是领域内取得的最高效率. 该高效率叠层NF-PSC的研究结果发表在《高分子学报》期刊上[8].
  鉴于非富勒烯型聚合物太阳能电池研究的重要性,为了继续保持我国在光伏活性材料和器件制备研究方面的引领地位,国家自然科学基金委员会化学部已经于2017年开始,以重点项目群的方式支持多个研究集体开展协同创新研究. 在未来的研究中,进一步大幅提升NF-PSC的光伏效率仍然势在必行,这类电池能否达到与无机或有机/无机杂化光伏技术相比拟的光伏效率尚未可知。
  另外,随着光伏效率的迅速提升,也需要重视和解决NF-PSC在实际应用中面临的问题,如:电池稳定性与衰减机制、大面积制备技术、高效率材料低成本制备等. 期待我国学者在此领域继续做出独特和独有的贡献,为改善能源结构贡献中国策略。
参考文献:
1  Yu G, Gao J, Hummelen J C, Wudl F, Heeger A J. Science, 1995, 270: 1789 – 1791
2  Lin Y, Wang J, Zhang Z G, Bai H, Li Y, Zhu D, Zhan X. Adv Mater 2015, 27: 1170 – 1174
3  Zhao W, Qian D, Zhang S, Li S, Inganas O, Gao F, Hou J. Adv Mater, 2016, 28: 4734 – 4739
4  Zhao W, Li S, Yao H, Zhang S, Zhang Y, Yang B, Hou J. J Am Chem Soc, 2017, 139: 7148 – 7151
5  Bin H, Yang Y, Zhang Z G, Ye L, Ghasemi M, Chen S, Zhang Y, Zhang C, Sun C, Xue L, Yang C, Ade H, Li Y. J AmChem Soc, 2017, 139: 5085 – 5094
6  Zhang Z G, Yang Y, Yao J, Xue L, Chen S, Li X, Morrison W, Yang C, Li Y. Angew Chem Int Ed, 2017, 56:13503 – 13507
7  Cui Y, Yao H, Gao B, Qin Y, Zhang S, Yang B, He C, Xu B, Hou J. J Am Chem Soc, 2017, 139: 7302 – 7309
8  Cui Yong(崔勇), Yao Huifeng(姚惠峰), Yang Chenyi(杨晨熠), Zhang Shaoqing(张少青), Hou Jianhui(侯剑辉). ActaPolymerica Sinica(高分子学报), 2018, (2): 223 – 230


回复 支持 反对

使用道具 举报

48

主题

70

帖子

74

积分

注册会员

Rank: 2

积分
74
发表于 2018-5-24 10:53:00 | 显示全部楼层
张希:葫芦[7]脲做为纳米催化剂的最新突破
众所周知,生物体内的酶是自然界中活性最高的催化剂。这种特性除了与其本身的性质有关,还与其所处的环境息息相关:在反应前,酶及其所处的环境能通过弱的相互作用使反应底物呈现出一种“反应预备(reaction-ready)”状态,而处于这种状态下的底物不仅碰撞几率大大增加,其空间结构也会被诱导成有利于反应的构象。受到酶的启发,学者们试图合成具有空腔结构的大环化合物来模拟这种环境,使其不仅具有酶的功效,而且具有比酶更好的环境适应性。随着对酶性质的深入研究和主客体化学的出现及发展,超分子主体化合物催化有机反应的例子逐渐出现在化学及生物领域。从提出至今,超分子催化剂因其相对柔性的结构及优秀的识别性质而受到越来越多的关注,并在催化领域取得了一定的成果。

张希

张希
近日,清华大学化学系张希院士在对葫芦[7]脲识别性质的研究基础上将葫芦[7]脲(CB[7])与2,2,6,6 -四甲基哌啶氧化物(TEMPO)的包合物作为超分子催化剂成功催化了一系列醇类的氧化反应。相比于单独使用TEMPO,使用包合物不仅可以促进反应中间体TEMPO+的生成,并能在一定程度上抑制副反应的发生。该成果以“Highly Efficient Supramolecular Catalysis by Endowing the Reaction Intermediate with Adaptive Reactivity” 为题发表于《德国应用化学》(DOI: 10.1002/anie.201713351)。

葫芦[7]脲与TEMPO结合

葫芦[7]脲与TEMPO结合
图1. 葫芦[7]脲与TEMPO结合的ITC(左)及EPR(右)图谱
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 2018, Early View)

作者通过简单地混合葫芦[7]脲和TEMPO便得到了TEMPO/CB[7]超分子包合物,之后通过等温滴定量热法(ITC)和电子顺磁共振(EPR)对两者的结合进行了表征,发现TEMPO与葫芦[7]脲的结合比为1:1,结合常数为3.9 ×103 M-1。虽然核磁的结构不能体现出TEMPO上N原子所处的位置,但是EPR结果表明TEMPO上的N-O基团处于葫芦[7]脲的空腔内部。由于TEMPO与葫芦[7]脲的结合是由焓驱动的,并且它们之间的结合常数并不高,因此需要过量的葫芦[7]脲才能将溶液中的TEMPO完全包结。

葫芦[7]脲对TEMPO化学性质的影响

葫芦[7]脲对TEMPO化学性质的影响
图2. 葫芦[7]脲对TEMPO化学性质的影响
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 2018, Early View)

在确定了葫芦[7]脲可以与TEMPO结合之后,作者通过循环伏安法发现葫芦[7]脲的包结可以在一定程度上活化TEMPO,使得后者更容易发生氧化还原反应。作者推测这是因为葫芦[7]脲与反应中间体TEMPO+具有更高的亲和性,会促使反应向右移动。为了证实这种猜想,作者使用EPR监测NaClO与TEMPO的反应,并发现葫芦[7]脲的存在会使反应加速10倍。此外,TEMPO+这种活泼的中间产物并不稳定,在水中存在多种反应途径,其中,被水还原以及生成没有催化活性的副产物都会降低TEMPO的催化效率。而葫芦[7]脲与TEMPO+之间较高的亲和性会在一定程度上稳定这种活泼的中间产物。通过核磁等手段发现,即使在过量的氧化剂存在下,葫芦[7]脲也能使TEMPO+的寿命得到极大的延长。

葫芦[7]脲对TEMPO催化一系列醇的氧化反应的影响

葫芦[7]脲对TEMPO催化一系列醇的氧化反应的影响
表1. 葫芦[7]脲对TEMPO催化一系列醇的氧化反应的影响
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 2018, Early View)

最后,作者发现TEMPO+的催化活性可以在进入到有机相后得以恢复,并且葫芦[7]脲的存在并不会影响这个进程。以此为基础,作者对比了葫芦[7]脲的存在对TEMPO催化一系列醇的氧化反应的影响。结果表明,尽管葫芦[7]脲的存在对芳香醇的转化率的提升较大;而对于反应活性较低的脂肪醇类,葫芦[7]脲对转化率的提升有限。

全文作者:Yang Jiao, Bohan Tang, Yucheng Zhang, Jiang-Fei Xu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang




回复 支持 反对

使用道具 举报

8

主题

17

帖子

21

积分

新手上路

Rank: 1

积分
21
发表于 2018-10-17 21:58:40 | 显示全部楼层
中国化学会高分子学科委员会完成换届,张希任新一届主任

根据中国化学会《关于分支机构换届的通知》(化会字〔2018〕5号),中国化学会高分子学科委员会组织完成了换届。
  中国化学会常务理事会批准委员会换届方案后,委员会通过通讯形式(邮件和平信)投票选举产生了新一届委员会主任和副主任委员。清华大学张希教授当选新一届委员会主任,西北工业大学黄维教授、北京大学李子臣教授、中国科学院化学研究所王笃金研究员、北京化工大学杨万泰教授和东华大学朱美芳教授当选新一届委员会副主任。
新一届委员
主任委员:张希(清华大学)
副主任委员:黄维(西北工业大学)、李子臣(北京大学)、王笃金(常务) (中国科学院化学研究所)、杨万泰(北京化工大学)、朱美芳(东华大学)
秘书长:刘冬生(清华大学)、董侠(中国科学院化学研究所)
委  员:
姓 名
单   位

安立佳

中国科学院长春应用化学研究所

薄志山

北京师范大学

蔡  杰

武汉大学

陈昶乐

中国科学技术大学

陈国颂

复旦大学

陈  红

苏州大学

陈  全

中国科学院长春应用化学研究所

陈学思

中国科学院长春应用化学研究所

陈义旺

南昌大学

陈永明

中山大学

丁建东

复旦大学

董建华

国家自然科学基金委员会

董  侠

中国科学院化学研究所

杜建忠

同济大学

傅  强

四川大学

甘志华

北京化工大学

侯剑辉

中国科学院化学研究所

胡文兵

南京大学

黄  飞

华南理工大学

黄飞鹤

浙江大学

黄  维

西北工业大学

李悦生

天津大学

李志波

青岛科技大学

李子臣

北京大学

林绍梁

华东理工大学

刘冬生

清华大学

刘明杰

北京航空航天大学

刘世勇

中国科学技术大学

吕小兵

大连理工大学

马  劲

国家自然科学基金委员会

马於光

华南理工大学

乔金樑

中国石油化工集团公司

沈志豪

北京大学

史林启

南开大学

孙俊奇

吉林大学

唐本忠

香港科技大学

唐  勇

中国科学院上海有机化学研究所

王笃金

中国科学院化学研究所

王健君

中国科学院化学研究所

王  琪

四川大学

王献红

中国科学院长春应用化学研究所

王晓工

清华大学

王玉忠

四川大学

吴一弦

北京化工大学

杨万泰

北京化工大学

杨小牛

中国科学院长春应用化学研究所

张立群

北京化工大学

张秋禹

西北工业大学

张文科

吉林大学

张  希

清华大学

张先正

武汉大学

张拥军

南开大学

章明秋

中山大学

赵达慧

北京大学

赵  彤

中国科学院化学研究所

郑  强

浙江大学

朱  锦

中国科学院宁波材料技术与工程研究所

朱锦涛

华中科技大学

朱美芳

东华大学

朱新远

上海交通大学


回复 支持 反对

使用道具 举报

20

主题

42

帖子

46

积分

新手上路

Rank: 1

积分
46
发表于 2018-12-13 10:13:10 | 显示全部楼层

12月13日,中共中央组织部在吉林大学宣布了中共中央、国务院的任命决定,张希吉林大学校长。教育部党组成员、副部长朱之文,吉林省委常委、组织部部长、省教育工委书记王凯,中共中央组织部干部三局巡视员、副局长刘后盛出席宣布大会并讲话。

张希,男,1965年12月出生,中共党员,1992年12月参加工作,吉林大学化学系高分子化学与物理专业博士研究生毕业,教授,中国科学院院士。曾任清华大学学术委员会主任,2018年2月任国家自然科学基金委员会党组成员、副主任。


回复 支持 反对

使用道具 举报

16

主题

28

帖子

30

积分

新手上路

Rank: 1

积分
30
发表于 2018-12-18 13:10:30 | 显示全部楼层
张希AM综述:超分子抗菌材料用于解决细菌的抗生素耐药性
耐药细菌已对人类健康造成了严重威胁。超分子材料作为一种有效的抗菌药物,由于其与生物分子之间非共价相互作用的灵活性和可调节性以及其整合各种活性物质的能力,具有对抗耐药细菌的潜力。Li等人对超分子抗菌材料进行了充分的讨论,重点是介绍其基本的活性元素和最近的研究进展,包括材料的选择,制备方法,结构表征和活性性能研究。

超分子抗菌材料

超分子抗菌材料

Li X S, Bai H T, et al. Supramolecular Antibacterial Materials for Combatting Antibiotic Resistance[J]. Advanced Materials, 2018.
DOI: 10.1002/adma.201805092
https://doi.org/10.1002/adma.201805092

回复 支持 反对

使用道具 举报

15

主题

28

帖子

30

积分

新手上路

Rank: 1

积分
30
发表于 2019-10-8 09:25:55 | 显示全部楼层
        聚合物超分子体系是高分子、化学、材料和信息科学交叉的前沿研究领域,受到国内外研究学者的广泛关注。吉林大学沈家骢院士和张希教授曾开展有机、聚合物体系的层状组装与功能研究,并于2004年获国家自然科学二等奖。上海交通大学颜德岳院士团队在超支化聚合物的可控合成和自组装方面开展了原创性研究,如提出了“耦合单体对策略”来制备多品种、多系列超支化聚合物;实现了超支化聚合物的多维多尺度自组装,并引领了该方向发展。“超支化聚合物的可控制备及自组装”获2009年度国家自然科学二等奖。复旦大学江明院士带领的团队提出高分子胶束化的“非嵌段共聚物路线”,产物为“非共价键合胶束”,并将“非共价键合胶束”的原理扩展到嵌段共聚物和生物大分子领域,发展了嵌段共聚物新的组装机理,实现了聚合物胶束的高效制备,形成了包括各类蛋白质/多糖体系的天然大分子自组装的绿色化学新方法。这一研究成果于2011年获国家自然科学二等奖。
       聚合物超分子体系的综述展示了如何从分子设计出发,发展和建立自组装的方法,将结构构筑与功能组装结合,构建了多种多样的聚合物超分子体系的思想和成果。综述的内容包括甲壳型液晶高分子、非共价键连接高分子胶束、两亲性超支化聚合物自组装、超分子聚合物的可控制备、可控组装模拟分子伴侣的结构与功能等,对解决的关键科学技术问题进行详细阐述,为聚合物超分子体系的应用奠定了坚实的理论基础。
        全文链接:
        http://www.gfzxb.org/article/id/ ... 9-b58b-285d662f9d7a

回复 支持 反对

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|材料圈 ( 京ICP备14007691

GMT+8, 2019-10-19 04:54 , Processed in 0.196611 second(s), 41 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表