Science Bulletin封面文章：合成富勒烯电子受体材料的新原则——立体异构体

厦门大学谢素原教授和赵仪教授课题组在Science Bulletin 2016年第2期发表2篇背靠背文章，从实验和理论两个角度揭示了光伏性能会受富勒烯衍生物分子立体异构的影响，表明设计新型富勒烯衍生物电子受体材料时还需考虑分子的立体异构因素。

有机/高分子太阳能电池是未来绿色能源的重要发展方向，富勒烯类电子受体材料广泛应用于有机/聚合物太阳能电池（以及钙钛矿太阳能电池）中。目前应用最广泛的富勒烯电子受体材料依然是20年前发展起来的苯基丁酸甲酯加成的富勒烯衍生物PC₆₁BM或PC₇₁BM，这类富勒烯的电子迁移率、光吸收、溶解度、电子亲和势、以及与给体材料的相容性等综合表现是迄今合成的富勒烯电子受体中最好的。

过去的20年里，虽然科学家从未停止研发新型富勒烯电子受体的步伐，合成的富勒烯电子受体材料已有数百种之多，但筛选出的富勒烯衍生物的综合性能仍不尽人意。原则上说，在设计新型富勒烯电子受体时，依次考虑到富勒烯碳笼和功能基团的种类、数量、加成位置后，所得到的特定富勒烯衍生物就应该具有确定的光伏性能了，经过20余年的努力，人们也应该能够找到比PCBM更合适的富勒烯电子受体，但现实的情况预示着是否还有其它原因大家没有考虑到，从而导致光伏性能不佳？

应该注意到的是，依照富勒烯碳笼和功能基团的种类、数量、加成位置这些指导方针所合成的富勒烯衍生物还存在立体异构体现象，这些富勒烯立体异构体是否也有可能导致光伏性能差异呢？

带着这一疑问，研究者从双加成PC₇₁BM的28种同分异构体中合成并分离了2个立体异构体——trans-bisPC₇₁BM和cis-bisPC₇₁BM。太阳能电池性能测试结果表明，尽管它们的光学性质和电子性质非常相近，但光伏性质却存在差别（能量转换效率有7%的差别），说明立体异构现象将影响到太阳能电池的性能。进一步的晶体结构分析和理论研究表明，分子堆积的不同是造成光伏性能差异的主要原因。因此，从实验和理论角度都证明了富勒烯的立体异构也会导致光伏性能的差异，从而为设计高效富勒烯电子受体材料提供了此前尚未被人们重视的一条新原则——立体异构体，为有朝一日研发出具有高的电子迁移率、强的光吸收、大的溶解度、高的电子亲和势、好的组装性质等综合性能优异的富勒烯电子受体材料补充了新思路。

Science Bulletin 原文链接：

http://www.scibull.com:8080/EN/abstract/abstract510168.shtml

http://www.scibull.com:8080/EN/abstract/abstract510169.shtml

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