近期，纳米科学与工程研究院宋金生教授团队在非稠环电子受体研究中取得了系列重要进展，相关系列研究成果发表在《CCS Chemistry》、《Advanced Functional Materials》等国际知名期刊上。
有机太阳能电池因质量轻、半透明和柔性等优势在光伏建筑一体化、光伏农业、万物互联等领域展现出广阔的应用前景。近年来，有机太阳能电池器件的效率已超过19%。然而，有机光伏领域的明星受体材料通常是具有大的π共轭体系，此类结构的引入不可避免地增加了合成难度及成本。以非稠环单元构筑的电子受体能够有效降低大共轭分子骨架的合成复杂性，有望实现高性能与低成本的兼顾。针对这一问题，宋金生团队开发了系列完全非稠环电子受体（Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2101742），提出了“大环包裹”的精准分子构筑策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202316495），受邀撰写有机光伏领域相关研究综述（Acc. Chem. Res. 2024, 57, 3419）。近期，研究团队围绕非稠环分子骨架的构型调控及高效电荷传输通道的构筑又取得了系列进展。
1、“π-π诱导扭曲vs构象平面化”——侧链长度对非稠环受体分子构型的精准调控。
以四噻吩为分子研究模型，通过调控芳香位阻侧基上取代烷基长度，构筑一系列完全非稠环电子受体，实现了分子构型翻转的可控调节，并获得了优势的分子构象。仅正丙基侧链取代的4T-C3分子表现出平面化的共轭骨架并形成高度互联的三维电荷传输网络结构，相应的光伏器件实现了19.54%的光电转换效率。本研究为非稠环受体分子构象的精准调控提供了简便可行的分子设计策略（CCS Chem. 2025, DOI: 10.31635/ccschem.025.202505659）。纳米科学与工程研究院申帅帅博士为论文第一作者，宋金生教授为论文唯一通讯作者。
2、环包裹空间限域策略辅助非稠环受体分子实现双通道电子传输
以构建紧密有序的电荷传输通道为出发点，通过课题组前期首创的大环包裹限域策略，结合π共轭骨架的扩展协同调控，设计并合成一系列具有环包裹结构的非稠环分子。研究结果表明，协同的分子设计赋予了受体均衡的双通道电子传输特性，显著提升了电荷传输效率，相应的光伏器件实现了19.76%的光电转换效率，为高性能非稠环受体的设计提供了新的思路（Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2507288）。纳米科学与工程研究院申帅帅博士为论文第一作者，宋金生教授和青岛大学刘亚辉教授为论文共同通讯作者。
3、π桥策略实现非稠环电子受体端基堆叠的精准调控，获得高且平衡的Voc-Jsc。
以实现高且平衡的Voc与Jsc为目标，通过引入不同的π桥单元，系统调控π桥上烷基链的数量与取代位置，构建一系列非稠环电子受体，实现了对分子骨架扭曲与端基堆叠面积的精准调控，从而赋予分子高且平衡的Voc（0.916 eV）和Jsc（21.21 mA/cm2），相应的有机光伏器件实现了19.07%的光电转换效率。本研究工作为高性能非稠环电子受体材料的分子设计提供了一种简单有效的策略（Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2423242）。纳米科学与工程研究院硕士生张文军、赵可新为论文共同第一作者，宋金生教授和青岛大学路皓博士为论文共同通讯作者。
上述研究成果河南大学均为第一完成单位，研究工作得到国家自然科学基金、河南省杰出青年基金等项目的资助。
论文链接：
https://www.chinesechemsoc.org/doi/epdf/10.31635/ccschem.025.202505659
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202507288
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202423242
宋金生，纳米科学与工程研究院教授，博士生导师。获，河南省高层次人才特殊支持计划，“中原青年拔尖人才”，，河南省教育厅学术技术带头人，河南省青年骨干教师，河南省青少年科技教育精准服务试点专家等荣誉称号。主要从事有机太阳能电池材料与器件等方面的研究工作，在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Energy Mater.，Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI论文70余篇，授权国家发明专利3件，受邀与国内外学者合著太阳能电池领域著作1部，先后主持国家自然科学基金5项及河南省杰出青年基金等多项省部级项目。
