高分子领域的曹镛院士、唐本忠院士、李永舫院士、王佛松院士最新研究成果

春国 2年前 (2022-04-04) 5220浏览

【曹镛】

高分子化学家，主要从事导电高分子研究。1941年10月14日生于湖南长沙。1965年毕业于苏联列宁格勒大学化学系。1987年获日本东京大学理学博士学位。2001年当选为中国科学院院士。

1. （Advanced Functional MaterialsIF=18.808）：氰基取代推动聚噻吩有机太阳电池实现超过16％的效率

随着新型光活性材料的创新，有机太阳能电池(OSCs)的功率转换效率(PCEs)已提升至19%，这已将OSCs从科学好奇心转变为商业相关性。目前，高性能OSCs主要依赖于基于噻吩取代的苯并二噻吩（BDTT）的供体-受体交替共轭聚合物，由于化学结构复杂、合成时间长、纯化繁琐，生产成本高。在这种情况下，开发低成本的高性能聚合物供体对于OSC的商业化非常有需求。在众多的聚合物供体中，聚噻吩(PT)仅在其主链中包含噻吩环，被认为是最具成本效益且易于扩展的材料。故PTs因其简单的结构和优异的合成可扩展性而成为OSCs中很有前途的电子供体。然而，基于PT的OSC的器件性能相当差，主要是由于大的光子能量损失和不利的有源层形态。

在这里，作者报告了一种新的PT，缩写为P5TCN-2F，具有用于高效OSC的氰基取代基。氰基赋予P5TCN-2F一个深层的最高占据分子轨道能级，从而由于减少了非辐射复合能量损失而有助于OSC中的高开路电压。此外，氰基导致强的链间相互作用、改善的聚合物结晶度以及与主要非富勒烯受体的适当混溶性。所以，当与各种Y系列非富勒烯受体（Y6、Y6-BO、eC9和L8-BO）混合时，P5TCN-2F 可提供超过15%的功率转换效率。特别是，P5TCN-2F:Y6混合物获得了超16%的效率，大大高于任何以前的基于PT的OSC。此外，基于P5TCN-2F的活性层的平均品质因数远优于基于苯并二噻吩的聚合物。这些结果表明基于PT的OSC的复兴，并为大规模生产OSC模块开辟了获得高性能材料的途径。

2. （Chemical Engineering JournalIF=13.273）：通过设计无规三元共聚物来克服三元全聚合物太阳能电池的形态障碍，构建高效的二元全聚合物太阳能电池

聚合物太阳能电池(PSC)引起了广泛关注，主要是由于其重量轻、溶液可加工性和潜在的卷对卷生产等优点。最近出现的具有高吸收系数的小分子非富勒烯受体(SM-NFA)促进了高性能PSC的快速发展。通常，在活性层中同时包含聚合物供体和聚合物受体的全聚合物太阳能电池(all-PSC)因其出色的光化学、热和机械稳定性而受到广泛关注。在过去三年中，将SM-NFA作为聚合物受体聚合取得了长足的进步，凸显了all-PSC的巨大潜力。然而，目前all-PSC实现的功率转换效率(PCE)仍低于基于SM-NFA的PSC。基于两个电子供体和一个电子受体的三元策略可以有效扩展all-PSC的吸收和光伏性能。然而，通过合理的分子设计实现三元共混膜的理想形貌仍然具有挑战性。

本研究通过将共轭聚合物P1与特定摩尔比的P2单元结合，设计合成了共轭三元共聚物P1-co-25%P2。将P1-co-25%P2与聚合的非富勒烯受体PYFT合成的all-PSCs表现出14.67%的高PCE，明显优于基于P1:P2:PYFT的三元all-PSCs。进一步的形貌表征表明，P1主链中P2单元的加入可以优化π-π叠加、混溶和相分离，有利于激子扩散和电荷传输。说明三元共聚策略与三元共混策略相比具有无可比拟的优越性。

3. （JouleIF=40.248）：效率超过17%的聚噻吩基有机太阳能电池

聚噻吩（PTs）的发展是有机光电子领域的一个重要课题，因为它们具有内在的结构简单性和易于合成的特点。然而，由于不匹配的能级和不利的活性层形态，非富勒烯有机太阳能电池（OSCs）中的PTs器件性能相当差。迄今为止，文献中基于PT的OSC的最高功率转换效率(PCE)仅为13.65%。

本文报告了一组具有氰基取代和不同氟化度的新型PT (P5TCN-Fx)，以实现高效OSC。氰基的加入赋予了新的PT更深的能级，主链氟化导致强的链间相互作用、改善的聚合物结晶度以及与新PT的主要受体Y6的适当热力学混溶性。因此，多个PT在二进制 OSC 中提供了超过16%的效率。此外，P5TCN-F25通过三元共混设计获得了17.2% 的显着PCE，这是新的效率记录，代表了基于PT的OSC的重大突破。由于PTs结构简单，易于合成，这项工作为利用低成本材料实现高性能OSCs开辟了一条富有成效的途径。在此基础上，光伏共轭聚合物的合成和OSCs的工业规模生产将在不久的将来成为可能。

【唐本忠】

高分子化学家，主要从事高分子合成方法论的探索、先进功能材料的开发以及聚集诱导发光(AIE)现象的研究。1957年2月生于湖北潜江。1982年毕业于华南理工大学高分子化工系，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位。2009年当选为中国科学院院士。

4. （Small MethodsIF=14.188）：用于伤口愈合的聚集诱导发射纳米纤维敷料的原位静电纺丝

外伤、烧伤、手术、交通事故和战场造成的伤口每年都会在平民和军人中造成大量的发病率和死亡率，给医疗保健带来巨大的经济负担。在此类伤口中，严重的损伤超过了皮肤的再生能力，伤口很容易受到细菌感染，尤其是耐多药（MDR）细菌来源的感染，最终导致严重的组织损伤。皮肤伤口的治疗迫切需要满足紧急情况极端要求的快速伤口敷料和有效的抗菌治疗。

在这里，报道了一种原位沉积和个性化的纳米纤维敷料，它可以通过手持式静电纺丝装置直接静电纺丝在皮肤伤口上，完美贴合不同大小的不同伤口。此外，纳米纤维敷料中负载了具有光动力治疗作用的聚集诱导发光发光剂，赋予敷料在伤口愈合过程中的长期抗菌活性。原位静电纺丝纳米纤维对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌表现出优异的抗菌活性。体内研究表明，这些抗菌纳米纤维敷料可有效减轻炎症并显着加速伤口愈合。这种原位生产的抗菌敷料有望作为治疗紧急情况的整体解决方案，包括患者特定的临床伤口和军事伤害。

5. （Advanced ScienceIF=16.806）：在分子内运动诱导的光热疗的帮助下诱发高免疫原性铁死亡，用于癌症治疗

通过细胞凋亡或坏死性凋亡引起的免疫原性细胞死亡 (ICD) 被广泛用于通过触发特异性抗肿瘤免疫来提高癌症治疗中的治疗效果。然而，肿瘤对细胞凋亡/坏死性凋亡的抗性严重阻碍了治疗效果。最近，以过度脂质过氧化为特征的铁死亡被证明能够绕过细胞凋亡/坏死性凋亡抗性来杀死癌细胞。迄今为止，许多有效的铁死亡诱导剂已被开发并成功用于使癌细胞对铁死亡敏感。不幸的是，这些诱导剂在诱导铁死亡癌细胞死亡过程中几乎不能产生足够的免疫原性，从而明显减弱了触发抗肿瘤免疫反应的功效，从而导致治疗效果不理想。

在此处，一种新型的高性能光热纳米粒子（TPA-NDTA NP）是通过激发态分子内运动利用能量设计的，并用于极大地辅助铁死亡诱导剂通过铁死亡途径诱发高效的ICD。免疫原性差的肿瘤模型用于证明通过NPs在体外和体内高度增强的免疫原性铁死亡所赋予的极大增强的治疗效果。这项研究揭示了一个以前未被认识的方面，即提高铁死亡的免疫原性，以在癌症治疗中取得令人满意的治疗效果。

6. （Advanced ScienceIF=16.806）：用于体内生物成像的定制金属-酚醛网络涂层 AIE 点的一锅法合成

自然进化在平衡和整体主义的道路上进行。凭借这一原理，天然有机-无机(O-I)杂化材料，例如海洋贻贝的牙齿、骨骼、贝壳，体现了完美的权衡特性，包括耐用性、弹性、韧性、疏水性和其他物理化学特性。为满足现代制造和生活日益增长的需求，由于横切合成材料的发展，人工O-I复合材料的应用从古老的稻草增强土坯迅速扩展到航空航天领域的先进复合材料。而聚集诱导发光发光剂 (AIEgens) 和无机成分的整合产生多功能纳米复合材料引起了广泛关注，因为它将 AIEgens 的明亮聚集态荧光与无机成分的多种成像模式相结合。

本文报道了一种以高封装效率制备金属酚醛网络（MPN）涂层的AIE点的简便通用策略。通过精确控制AIEgen的成核和MPN在四氢呋喃/水混合物中的沉积（称为凝聚），以一锅方式组装具有明亮发射的核壳MPN涂层AIE点。MPN涂层AIE点的光学特性可以通过改变结合的AIEgen轻松调整。不同的金属离子，如Fe3+、Ti4+、Cu2+、Ni2+可以引入纳米颗粒。具有红色发射AIEgen核心的MPN涂层AIE点已成功用于在荷瘤小鼠模型中进行磁共振/荧光双模态成像，并在斑马鱼幼虫中进行血流可视化。本研究提供了一个量身定制的纳米平台，以满足体内生物成像的个性化需求。

【李永舫】

高分子化学家，长期从事光电功能高分子领域的研究工作。1948年8月10日出生于重庆市。1982年在华东理工大学（原华东化工学院）化工系获硕士学位，1986年在复旦大学化学系获博士学位。2013年当选为中国科学院院士。

7. （Advanced MaterialsIF=30.849）：全聚合物太阳能电池效率达52%

全聚合物太阳能电池(all-PSCs)是一种以p型共轭聚合物为电子供体，n型共轭聚合物为电子受体的聚合物共混光活性层，因其具有良好的溶液加工性能、优异的机械柔韧性、良好的光电性能和良好的光电性能，近年来吸引了越来越多的研究兴趣。形态稳定性好。目前最先进的all-PSCs的功率转换效率(PCE)已达到15~17%以上，这主要得益于近年来“聚合小分子受体”( PSMAs)高性能聚合物受体的发展。all-PSCs近年来受到越来越多的关注并取得了巨大的进展，但由于其形态控制相对困难，其功率转换效率（PCE）仍落后于基于小分子受体（SMA）的PSCs。

在这里，将低成本PTQ10作为第二聚合物供体引入 PM6:PY-IT 共混物中，以微调聚合物共混物光敏层的能级匹配和微观形态。加入 PTQ10 减小了π - π堆积距离，增加了π - π堆叠相干长度和有序的正面分子堆积取向，这改善了光活性层中的电荷分离和传输。此外，聚合物供体PTQ10的最高占据分子轨道能级比PM6更深，导致三元all-PSC的开路电压更高。因此，受益于同时增强的Voc、短路电流密度（Jsc）和FF，基于PM6 : PTQ10 : PYIT的三元all-PSC显示出16.52%的出色PCE，这是迄今为止all-PSC的最高PCE之一。在光活性层厚度为~205纳米和~306纳米时，这些器件显示出很高的PCEs，分别为15.27%和13.91%，这是迄今为止所有具有厚光活性层（>150纳米）的PSCs的最高PCEs。

8. （Energy & Environmental ScienceIF=38.532）：一种不对称的宽带隙受体，可同时实现高效的单结和串联有机太阳能电池

有机太阳能电池 (OSC) 被认为是最有前途的新兴光伏技术之一，因为可以使用低成本溶液印刷方法生产高效的OSC面板。最近，基于二元混合系统的单结器件实现了18%的最佳功率转换效率(PCE)。三元或串联架构的构建是提高OSC光伏性能的有效且必不可少的策略。然而，同时满足三元和串联OSC要求的受体的设计和合成在OSC领域具有很大的挑战性。

在这里，设计并合成了带隙为1.75 eV的不对称NFA AITC。AITC与BTP-eC9表现出良好的相容性，有利于形成稳定的混合受体。得益于AITC的大偶极子，在PM6:AITC:BTP-eC9混合物中实现了改进的分子堆积。增强的分子堆积导致激子解离的活性能量降低、电荷复合降低和非辐射电压损失低，三元单结OSC产生了18.8%的显着 PCE。此外，基于三元BHJ的印刷刚性和柔性大面积OSC的PCE分别为16.7%和15.8%。特别是通过刮涂处理的细胞表现出优异的稳定性。由于AITC的引入，三元OSC呈现出较弱的厚度依赖性。

9. （Advanced ScienceIF=16.806）：实现 15% 效率的共轭中间聚合物单结有机太阳能电池

高性能有机太阳能电池（OSCs）倾向于选择分子量较高的聚合物作为供体，容易产生良好的结晶度以促进分子间电荷转移。然而，这些聚合物通常伴随着低溶解度和合成难度，增加了批次间的差异。共轭中间聚合物（摩尔质量（Mn）在 1-10 kDa）的提议可以克服这些问题。

本文设计合成了一种新型的介孔聚合物MePBDFClH，并首次将其应用于OSCs中。作为比较，还制备和研究了其他低分子量的MePBDFClL介聚物和高分子量的相同结构的PBDFCl介聚物。由于在共混膜中具有良好的相分离和混溶性，MePBDFClH的功率转换效率(PCE)最高，为15.06%。同时，PCE为苯并[1,2-b:4,5-b]二呋喃基光伏材料创造了新的记录。重要的是，与聚合物PBDFCl的PCE显著下降约12%相比，中聚体MePBDFClL的PCE略微差异仅小于5%，减少了批间差异。本研究不仅表明苯并[1,2-b:4,5-b]二呋喃单元是一种很有前途的供电子核，而且表明该介聚物在制备低分化高性能有机光伏材料方面具有很大的潜力。

【王佛松】

高分子化学家，长期从事定向聚合、稀土催化及导电高分子研究，近期还开展高分子—无机纳米复合材料的工作。1933年5月23日生于广东兴宁。1955年毕业于武汉大学化学系。1960年获苏联化学科学副博士学位。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。

10. （Polymer ChemistryIF=5.582）：醛封端的 CO2基聚碳酸酯：用于特定位点功能化的绿色合成平台

具有高反应性基团的建筑聚合物被认为是制备多种功能材料的有效方法，因为它们在进一步的后聚合中具有理想的潜力。通过官能团转换的策略，允许将广泛的官能团引入聚合物支架中，特别是那些与聚合过程不相容的基团。通常，可改性聚合物支架可根据反应基团的位置（侧链和链端）分为两种类型。其中，末端官能化的聚合物由于其独特的特性而吸引了越来越多的兴趣。

本文开发了一种合成醛端封CO2基聚碳酸酯的策略，即在4-甲酰苯甲酸作为链转移剂的存在下，环氧丙烷与CO2共聚合。Mn的可控范围为3.7 19.0 kg mol-1，Đ的可控范围为1.1。聚合物的高反应性醛端基允许进一步后聚合。作为概念证明，进行了几个典型的后聚合反应来实现功能的多样化，包括调节亲水性、改变热性质、引起聚集诱导排放和氨基酸共轭，由此可见，醛端封聚碳酸酯作为绿色平台制备功能材料的潜力。

11. （Angewandte Chemie International EditionIF=15.336）：从不可能到可能：低应变五元碳酸盐的原子经济聚合

环状单体的开环聚合(ROP)已被证明是合成有价值高分子材料的一种有效方法。五元碳酸丙烯酯(PC)因其来源广泛(可再生二氧化碳)、易于获得、低毒和广泛应用而成为理想的候选材料。随着人们对二氧化碳的利用越来越重视，PC积累了大量的二氧化碳，这就强调了PC进一步增值改造的重要性。但是PC直接开环聚合(ROP)只提供了含有大量未识别副产物的低聚体，阻碍了PC的有效利用。

本文提出了PC脱羧过程中环氧丙烷原位释放的机理。此外，还报道了一种新的策略，通过原位捕获形成的中间产物PC/环酸酐共聚。结果表明，PC已成功转化为聚酯。特别是对于PC/邻苯二酸酐(PA)的开环交替共聚(ROAC)，其优点是多方面的：一是PO的缓释，保证了完美的交替结构；二是PC的定量、快速改造；三是用CO2压力计可视化聚合过程。重要的是，通过串联聚合，PC可以同时转化为聚酯和聚碳酸酯，从而实现PC的高原子经济性利用。

12. （Chemical ScienceIF=9.825）：超荧光聚合物通过空间电荷转移聚苯乙烯敏化剂实现高效和全色电致发光

荧光聚合物在开发低成本、溶液处理的有机发光二极管（OLED）方面引起了研究人员的广泛关注，因为它们具有良好的光致发光效率和从深蓝色到近红外区域扩展的丰富发射颜色。鉴于根据自旋统计规则，空穴和电子载流子的复合形成比例为 1 ：3 的单重态和三重态激子，传统的荧光聚合物通常存在器件效率低的问题，因为只有单重态激子可以用于发光，这将内部量子效率 (IQE) 限制在25%。故荧光聚合物的电致发光效率低，因为由电激发形成的三重态激子通过非辐射途径被浪费。

本文通过使用空间电荷转移(TSCT)聚苯乙烯作为三重态激子利用的敏化剂和经典的荧光发色团作为发光体来展示超荧光聚合物的设计。TSCT聚苯乙烯敏化剂不仅具有高的反向系间交叉率，可将三重态激子快速转化为单重态激子，而且具有可调谐的发射带，可与具有不同带隙的荧光发射器的吸收光谱重叠，从而实现从敏化剂到发射器的高效能量转移。所得超荧光聚合物表现出全色电致发光，峰从 466扩展到640 nm，最大外量子效率为10.3-19.2%，远高于对照荧光聚合物（2.0-3.6%）。这些发现揭示了超荧光聚合物在开发高效溶液处理有机发光二极管方面的潜力，并为克服荧光聚合物的电致发光效率限制提供了新的见解。

【参考资料】

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  3. http://casad.cas.cn/sourcedb_ad_cas/zw2/ysxx/hxb/201312/t20131219_4001998.html
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【参考文献】

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