北京师范大学化学学院高分子化学与物理薄志山

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薄志山，北京师范大学教授。1967年生，吉林大学学士、硕士、博士，德国柏林自由大学和美国北卡州立大学博士后，2002年获选中科院“百人计划”任中国科学院化学研究所研究员，2002年获得基金委“杰出青年”基金支持，现任北京师范大学能量转换与存储材料北京市重点实验室主任。已经培养博士毕业生27人，其中2人获选中科院“百人计划”。主要从事共轭聚合物光电功能材料的合成与性能研究，在国际重要学术期刊发表学术论文200余篇，引用6300余次，h-因子40。

薄志山  
教授，博士生导师，理学博士（吉林大学），博士后（德国柏林自由大学、美国北卡州立大学）
通信地址：北京市新街口外大街19号 北京师范大学化学学院
邮编：100875
电话：010 6220 6891； 传真：010 6220 6891
电子邮箱: zsbo@bnu.edu.cn
课题组主页：http://zsbo.chem.bnu.edu.cn/
讲授课程
共轭聚合物合成，光电功能分子，聚合物太阳电池，共轭分子自组装
代表性论文
1.        M. Wang, C. Li,* A. Lv, Z. Wang, Z. Bo* Macromolecules, 2012, 45, 3017–3022.
2.        Y. Chen, B. Zhu, Y. Han, Z. Bo* J. Mater. Chem., 2012, 22, 4927-4931.
3.        W. Huang, M. Wang, C. Du, Y. Chen, R. Qin, L. Su, C. Zhang, Z. Liu, C. Li, Z. Bo* Chem. Eur. J. 2011, 17, 440-444.
4.        C. Du, C. Li,* W. Li, X. Chen, Z. Bo,* Z. Ma, U. Wuerfel, H. Zhu, W. Hu,* F. Zhang,* Macromolecules, 2011, 44, 7617-7624.
5.        Y. Chen, W. Huang, C. Li, Z. Bo* Macromolecules 2010, 43, 10216–10220.
6.        Y. Chen, F. Li, Z. Bo* Macromolecules 2010, 43, 1349-1355.
7.        H. Zhu, T. Li, Y. Zhang, H. Dong,* J. Song, H. Zhao, Z. Wei, W. Xu, W. Hu,* Z. Bo* Adv. Mater., 2010, 22, 1645.
8.        W. Huang, L. Su, Z. Bo,* J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 10348–10349.
9.        R. Qin, W. Li, C. Li, C. Du, C. Veit, H.-F. Schleiermacher, M. Andersson, Z. Bo,* Z. Liu,* O. Inganäs, U. Wuerfel, F. Zhang.* J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 14612-14613.
10.        W. Li, C. Du, F. Li, Y. Zhou, M. Fahlman, Z. Bo*, F. Zhang* Chem. Mater., 2009, 21, 5327–5334.
11.        Y. Chen, B. Zhu, F. Zhang, Y. Han, Z. Bo* Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 6015.
12.        Y. Wu, J. Zhang, Z. Fei, Z. Bo* J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7192.

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北京师范大学薄志山教授团队通过修饰稠环电子受体的端基提高其光伏性能

近年来，n-型有机半导体小分子受体材料因其具有化学结构易修饰、分子能级和吸收光谱易调控、成本低廉等显著优点而受到研究者们的广泛关注。其中，基于稠环电子受体（FREAs）的聚合物太阳能电池的光电转换效率不断被刷新，目前已经超过14%。这类受体材料通常以富电子的芳香稠环为核，保证分子的平面性，有利于电荷传输。但相比于传统的富勒烯受体材料，稠环小分子具有更快的结晶速度，在成膜过程中易于形成大的聚集，破坏活性层的形貌。为此，人们主要通过侧链工程解决这一难题。通过sp3的碳引入位阻较大的烷基侧链，增强溶解性的同时限制芳香稠环的自聚集，从而避免稠环小分子与聚合物共混时形成大的相分离。然而，侧链位阻增大会破坏分子的紧密堆积，不利于电荷传输。因此，为了获得高性能的聚合物太阳能电池，设计具有高迁移率和合适的聚集行为的稠环电子受体至关重要。

最近，北京师范大学薄志山教授课题组通过修饰受体小分子的端基，有效调控活性层相分离尺寸，同时提高了受体小分子的电子迁移率。他们通过Suzuki偶联在IDT-IC的端基上以单键引入芳香基团（苯环或噻吩环），得到了两个受体小分子材料IDT-IC-B和IDT-IC-T（图1）。DFT计算和XRD测试表明芳香基团的引入可以改变端基的平面性从而影响受体小分子的结晶行为。TEM表征发现基于PBDB-T:IDT-IC-B/IDT-IC-T制备的器件，其活性层形貌呈现出均匀分布的纤维状聚集和合适的纳米尺寸相分离；而PBDB-T:IDT-IC薄膜呈现出明显较强的聚集。同时DFT计算和SCLC测试表明，芳香基团的引入扩大了端基的共轭骨架，增强了端基间的π–π作用，从而形成分子间电子传输的有效通道，提高受体小分子的电子迁移率。

图1. (a) IDT-IC, IDT-IC-T和IDT-IC-B的分子结构以及对应的DFT计算优化的二聚体的堆积方式；(b) PBDB-T:IDT-IC, (c) PBDB-T:IDT-IC-T 和 (d)PBDB-T:IDT-IC-B的TEM图。

以PBDB-T为给体材料，基于IDT-IC-T和IDT-IC-B的器件的外量子效率（EQE）都高于IDT-IC，最高可达到75%。基于IDT-IC-T和IDT-IC-B的器件效率分别达到了9.43%（Voc =0.86 V, Jsc = 15.91 mA cm−2, FF = 0.69）和8.72% （Voc = 0.87V, Jsc = 14.31 mA cm−2, FF = 0.70），明显高于基于IDT-IC的5.82%（Voc=0.88 V, Jsc = 11.58 mA cm−2, FF = 0.57）。这些结果表明扩大端基的共轭骨架能够简单有效地调节受体分子的聚集行为，同时增强了端基间的π–π作用，促进分子间的电荷传输，提高光伏性能。

近日，该成果以“Enhance the performance of polymer solar cells via extension of the flankingend groups of fused ring acceptors”为题，在线发表于Science China Chemistry (DOI:10.1007/s11426-018-9252-9)。

论文链接：

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCC/doi/10.1007/s11426-018-9252-9?slug=full%20text

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主题:   超分子受体光伏材料
主讲人:   薄志山 教授
地点:   延安路校区纺织科创中心楼217学术报告厅
时间:   2018-11-27 09:00:00
组织单位:   东华大学纺织科技创新中心
主讲人简介：


薄志山，1967年生，吉林大学学士、硕士、博士，德国柏林自由大学和美国北卡州立大学博士后，2002年获选中科院“百人计划”任中国科学院化学研究所研究员，2002年获得基金委“杰出青年”基金支持，现任北京师范大学能量转换与存储材料北京市重点实验室主任。已经培养博士毕业生27人，其中2人获选中科院“百人计划”。主要从事共轭聚合物光电功能材料的合成与性能研究，在国际重要学术期刊发表学术论文200余篇，引用6300余次，h-因子40。


报告摘要：
聚合物太阳电池具有重量轻、可在柔性基底上低成本制备等优点受到了广泛关注。聚合物太阳电池的活性层是由给体材料和受体材料共混形成的、具有体异质结结构的、厚度为100-200纳米的薄膜。传统的受体分子为富勒烯衍生物PCBM，但最近出现的非富勒烯受体分子由于其对光的强吸收且吸收波长范围宽、能量转换效率高而逐渐成为研究的热点。近两年，我们提出了超分子稠环受体的概念，在超分子稠环受体中，通过分子内形成非共价作用使受体分子在活性层中形成刚性的平面结构，而由于这种分子内的非共价作用较弱，受体分子在溶液中具有较好的溶解性，这些突出的优点使得受体分子能够与给体聚合物在活性层中形成较好的相分离的同时保持较高的电子迁移率、构象锁定可以减少能量损失获得较高输出电压，因此可以大幅度地提高电池的光伏效率。

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2019自然科学基金重点项目-新型超分子与不对称稠环受体：分子结构、光学性质与光伏器件的能量损失
批准号        51933001       
学科分类        光电磁信息功能材料 ( E030901 )
项目负责人        薄志山       
依托单位        北京师范大学
资助金额        300.00万元       
项目类别        重点项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2024 年 12 月 31 日

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