近日，华南理工大学材料科学与工程学院李远研究员课题组与中国科学院长春应用化学研究所、中国科学技术大学、隆基绿能科技股份有限公司合作，将经典的“给体-受体”型双自由基分子应用于钙钛矿太阳电池器件，实现了器件效率和稳定性的突破。成果论文“Stable and uniform self-assembled organic diradical molecules for perovskite photovoltaics”在国际顶级学术期刊Science上发表。

1907 年

化学家Chichibabin报道了

基于“恢复芳香性”的双自由基分子

在此后的百余年间

有机化学界一直有一条默认的规则——

双自由基的产生和稳定

通常依赖于“芳香性的恢复”

2017 年

李远课题组偶然发现

如果反其道而行

“失去芳香性”亦可产生并稳定双自由基

经过系统而深入的实验与理论计算研究

团队提出了新的机理——

分子的聚集增强基态的电子转移

进而“失去芳香性”

形成独特的“醌式-双自由基”结构

促进了双自由基的产生和稳定

团队将这种全新的机理命名为——

“聚集诱导自由基（AIR）”

2017年，李远课题组于美国化学会Journal of Physical Chemistry C发表题为“A review on the origin of synthetic metal radical: singlet open-shell radical ground state?”的研究论文，揭示了有机半导体的开壳“醌式-双自由基”电子自旋基态，并正式提出“聚集诱导自由基（AIR）”机理。

此后的近八年时间里

课题组聚焦这一重要发现和机理

开发了一系列光、热及电化学稳定的

有机双自由基半导体

并探索了其在多领域的应用潜力

近期，长春应化所秦川江、王利祥研究团队设计并合成了双自由基分子（RS-1和RS-2）。分子的聚集促进了基态的电子转移、“醌式-双自由基”及阴阳离子对共振式的形成。与李远研究员团队利用电子自旋共振证等测试手段证实了分子的“聚集诱导自由基”机理，与周敏研究员团队利用扫描电化学等测试手段证实了其优异的电化学稳定性。研究团队联合隆基绿能中央研究院，制备了钙钛矿光伏器件，性能达到世界顶尖水平：小面积器件实现了26.3%的光电转换效率，微模组器件效率达到23.6%，钙钛矿-晶硅叠层器件效率达到34.2%，并获得美国国家可再生能源实验室的权威认证，器件效率与寿命与同类报道相比具有明显优势。相关研究成果近日正式发表于Science期刊。

李远研究员为该论文的共同第一作者，该研究工作进一步验证了李远课题组2017年提出的“聚集诱导自由基”机理，揭示了有机半导体的导电性与开壳“醌式-双自由基”电子自旋基态的“结构-性能”关系。为有机双自由基半导体材料的应用提供了科研院校与企业合作研发的范例，展示了有机“给体-受体”型双自由基的应用潜力；对有机半导体材料、器件的设计及相关物理机制的发展具有重要的理论指导意义，调控有机半导体的电子自旋基态是未来的重要研究方向。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv4551

李远，研究员，博士生导师，主要从事有机自由基光电材料的设计、合成、电子自旋基态调控及应用研究。研究成果发表于Science, Nature Nanotechnology,Science China Chemistry,

Nature Communications, Joule, Chem, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Material, Energy & Environmental Science等国际知名期刊，共计80余篇。主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金“青年基金”、“面上项目”、“广东省科技创新特支计划青年拔尖人才”、“广州市科技创新菁英领航”及“广州市珠江科技新星”等项目10余项。

信息来源：材料科学与工程学院

微信编辑：鲍恩

初审：冀早早

二审：卢庆雷

终审：邹浩

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