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北京化工大学与中国石油日本新材料研究院开展学术交流研讨活动

11月14日，北京化工大学与中国石油日本新材料研究院（简称“中国石油日本院”）的学术交流研讨活动在我校举行。活动由我校软物质科学与工程高精尖创新中心（简称“高精尖中心”）组织。我校副校长王峰、高精尖中心杨继钢教授、副主任张瑾以及六位青年学者参与了该活动。中国石油日本院院长义建军、副院长入田友美，宫泽贵士等六位上席研究员参与了活动。活动伊始，王峰副校长对中国石油日本院一行的到来表达了诚挚的欢迎，并简要概述了我校的发展历程与学术成就，最后预祝此次交流活动取得丰硕成果。随后，交流研讨环节由张瑾副主任主持。来自中国石油日本院的六位上席研究员——宫泽贵士、森田成二、本间正敏、黑田纪明、横沟穗高、林利明，分别就各自研究领域的前沿技术进行了详细的介绍。研讨内容涵盖了高性能环氧树脂及其电子化学品开发、芳香族加氢催化剂与微波辅助合成技术、生物质高端新材料及其应用、高性能全固态电池材料、高性能隔热材料设计、高端复合材料在汽车轻量化应用、燃料电池新材料以及高频印刷电路板用低介电高分子材料等多个方面。我校参加此次活动的青年学者有材料科学与工程学院教授李培、曹鹏飞、张好斌，高精尖中心教授刘瑶、胡君、李晨耕。他们
软物质高精尖中心谭占鳌课题组《Adv. Mater.》：自交联- π效应...

摘要：软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌课题组基于甲基丙烯酸酯衍生物的自交联和π效应的协同作用对钙钛矿层进行内部封装，有效阻碍了钙钛矿层离子迁移并抑制了界面缺陷，不仅使钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提高到25.3%，且大幅度提升了器件的稳定性。正文：在过去的十年中，有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池（PerSCs）由于其独特的光电特性，以及和在下一代光伏技术中显示展现出的巨大潜力，而获得了备受学术界与工业界的广泛极大的关注。PerSCs具有各种各样的潜在应用，从移动设备到空间设备。然而，钙钛矿的外部刺激和内部因素导致稳定性不足，从而阻碍了其预期应用目标的实现。图1 UMA与BMA在钙钛矿表面的交联及对形貌的影响通过在钙钛矿层上引入可交联的甲基丙烯酸酯类似物，阻碍离子迁移并防止铅泄漏以获得稳定的钙钛矿太阳能电池。甲基丙烯酸丁酯（UMA）和甲基丙烯酸苄酯（BMA）可以与钙钛矿层发生化学相互作用，尤其是对于悬挂苯环之间存在显着π相互作用的BMA二聚体。这种配置有利于更紧密的配位，从而将钙钛矿的费米能级恢复到无缺陷状态并减少载流子复合损失。此外，通过整合自交联和分子间π效应，BMA的应用将内部
软物质高精尖中心蔡元婧课题组《Adv. Mater.》：多功能空穴传输...

单结锡铅混合钙钛矿太阳能电池（single-junction mixed Sn-Pb PSCs，~ 1.2 eV）具有较高的理论功率转换效率（PCE，~ 30%），也是实现高达41%理论PCE的无机钙钛矿多结串联太阳能电池中的关键组分。长期以来，Sn-Pb钙钛矿太阳能电池依赖于聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT: PSS）作为空穴传输材料（HTM），然而，PEDOT:PSS的酸性和吸湿性导致锡铅钙钛矿二价锡的氧化和薄膜成膜质量不高，限制了该类电池的稳定性和商业应用。近期，软物质高精尖中心蔡元婧课题组开发了一种新型多功能空穴传输材料羧基噻咯。该材料展现出独特的功能特性：一方面，由于其与Sn-Pb钙钛矿存在良好的能级匹配和优良的空穴传输作用，可作为空穴传输层；另一方面，该材料能够与ITO基底、Sn-Pb钙钛矿发生螯合作用，显著减少界面缺陷从而增强界面钝化；此外，在该功能材料薄膜基底上形成的Sn-Pb钙钛矿薄膜成膜质量更好（图1），从而提升了Sn-Pb钙钛矿薄膜的结晶度、降低了功函、减少了锡铅钙钛矿中锡的氧化。实验结果表明，用该材料取代PEDOT: PSS实现了单结Sn-Pb PSC
软物质高精尖中心刘瑶课题组《Angew. Chem. Int. Ed.》：三嗪噻...

软物质高精尖中心刘瑶课题组《Angew. Chem. Int. Ed.》：三嗪噻吩酰亚胺多臂阴极界面材料用于高效稳定有机太阳能电池有机太阳能电池因其柔性、质轻、可由溶液法大面积印刷加工等优势，受到广泛关注。通过开发并引入合适的界面材料实现活性层与电极之间的欧姆接触对于获得高效、稳定的太阳能电池十分重要。常见的阴极界面材料以线形骨架为主，相较而言，具有多臂（或枝化）结构的阴极界面材料含有更高比例的极性侧基，可更有效地提高材料的醇溶液加工性并增强它们的功函数调控能力，极具应用潜力。然而，受制于较低的电导率（10-5S cm-1量级）与无定形的薄膜形貌，目前，具有多臂结构的阴极传输层材料性能仍较低（小于18.7%），膜厚容忍度也亟待提升（相应界面层厚度均未超过50 nm）。本研究合成了一类新型噻基三嗪三酰胺（图一），并首次将其用作有机太阳能电池(OSCs)的阴极中间层(CILs)。利用不同的芳臂和极性基团，对其光电性质和聚集行为进行了有效调节。其中，以萘酰亚胺为侧臂、咪唑为极性侧基的TT-N-M表现出合适的能级，优异的金属电极修饰能力，超过10-3S cm-1的电导率以及平衡的结晶性与成膜性
软物质高精尖中心蔡元婧课题组《Adv. Funct. Mater.》：基于高效...

固态发光材料的三线态激子利用在高效OLED器件的固态照明和平面显示等领域具有独特优势。尽管普遍情况下，噻咯（Silole）结构具有高效固态发光特性，但是在应用到OLED器件时一直未能实现三线态激子利用，因而在器件效率这方面一直未能有很好的突破。目前，其他研究报道的基于噻咯OLED器件的效率尚未突破5.8%。北京化工大学软物质高精尖中心蔡元婧特聘研究员课题组最近研发了一类具有杂化局域电荷转移激发态（HLCT）的噻咯衍生物Silole-1DPA-TRZ和Silole-1Cz-TRZ，并将其作为发光层应用于OLED中实现了高效三线态激子利用和器件性能突破。通过科学实验结合理论计算研究表明，Silole-1DPA-TRZ具有局域激发态（LE）和电荷转移态（CT）的均衡组分分布，而Silole-1Cz-TRZ中CT态组分占比显著增大，LE和CT态组分分布不均衡。在HLCT中，CT态组分为三线态激子转化为单线态激子时提供足够小的能级差，形成高能级反向系间窜越（hRISC）通道，但CT态组分过强会导致高亮度和高电流密度下长寿命三线态激子发生湮灭，不利于器件效率提升。因此，相较于Silole-1Cz-
软物质高精尖中心胡君教授课题组《Matter》：高性能聚硫辛酸基热...

聚硫辛酸（polyTA）是以天然小分子硫辛酸（TA）为原料，经开环聚合反应合成的一类高分子聚合物。该聚合物能在适当外界条件下实现自身解聚，为发展绿色可回收高分子材料提供了一种可行的方案。然而，受限于polyTA的柔性结构和低交联密度，现有的聚硫辛酸基高分子材料往往存在机械强度弱和环境耐久性差的问题。针对上述问题，软物质高精尖中心胡君教授课题组和法国巴黎高科化学学院合作，利用小分子TA和4,4-二氨基二环己基甲烷（PACM）共固化商业化环氧单体（DGEDC），设计构建了含动态酯键和二硫键的双动态共价自适应网络（DGEDC/TA/PACM，图1），制备出高性能聚硫辛酸基热固性环氧树脂，并利用树脂降解液的原位发泡，成功实现废弃热固性树脂到聚氨酯泡沫的升级回收。图1双动态共价自适应网络DGEDC/TA/PACM的设计示意图一方面，得益于交联网络的高交联密度和刚性结构，DGEDC/TA/PACM展现出优异的热性能（初始降解温度Td5% ~289°C，玻璃化转变温度Tg ~145°C）和机械性能（拉伸强度~70 MPa，弯曲强度~101 MPa），优于目前已报道的大部分聚硫辛酸基高分子材料，有望用
软物质高精尖创新中心刘瑶课题组《Angew. Chem. Int. Ed.》：构...

有机太阳能电池以其质轻、机械柔性、低成本、可大面积溶液加工等优势，正在迅速成为新一代的清洁能源技术，具有广阔的应用前景。现阶段，膦酸基自组装材料展现出媲美传统空穴提取材料PEDOT:PSS的优势。然而，有关其分子结构与器件性能之间的构效关系仍不清楚。因此从分子结构上厘清其自组装行为与光电性能之间的关系，对于构建高效稳定的有机光伏电池具有重要意义。基于此，软物质高精尖创新中心刘瑶教授课题组设计合成了四种新型的“非稠环双足膦酸”分子材料（TBT-L，TBT-L-Br，TBT-A，和TBT-A-Br，统称NFR-DPAs），其特征是它们的“噻吩-苯-噻吩”型骨架和双足膦酸锚定基团。其中，TBT-L和TBT-A是具有线状和角状骨架的构型异构体，分别对应于C2h和C2v对称。溴化后，它们转变为TBT-L-Br和TBT-A-Br，分子结构及相应光电性能如图1所示。图1. NFR-DPAs的分子结构及光电性能本研究首先采用第一性原理计算模拟非稠环双足膦酸分子在ITO衬底上的自组装行为，结果表明四种非稠环双足膦酸通过两个锚定位点的强多齿结合与ITO基底相互作用，并显示出构型依赖的分子取向。与角状骨架（
软物质高精尖中心胡君教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：具有可...

软物质高精尖中心胡君教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：具有可调泊松比的拉胀液晶弹性体拉胀材料（Auxetic materials）和液晶弹性体（Liquid crystal elastomers, LCEs）是超材料（Metamaterials）的典型代表，具有非凡的机械性能和热学性能。拉胀液晶弹性体作为两者的结合，会表现出一些非常规的行为。由于在微观结构和宏观性能上的复杂性，目前关于拉胀液晶弹性体的研究还较少。近期，北京化工大学胡君教授课题组和法国巴黎高科化学学院合作，合成了含动态酯键的主链型液晶弹性体Poly-LCE。课题组利用酯交换诱导的拓扑网络重排简化了其向单畴液晶弹性体Mono-LCE的取向过程，经激光切割后获得具有凹角结构（R）的拉胀液晶弹性体R-Poly-LCE，R-Mono-LCE (//)和R-Mono-LCE (⊥)，并阐明了液晶基元取向对弹性体泊松比v的影响规律（图1）。图1Poly-LCE及其通过拓扑网络重排获得Mono-LCE的合成方法，以及利用减材制造制备R-Poly-LCE、R-Mono-LCE (//)和R-Mono-LCE (⊥)的示
软物质高精尖中心胡君教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：兼具损...

环氧树脂作为工程塑料的主要成分之一，具有良好的力学性能、尺寸稳定性和耐化学性，在光学机械、轨道交通、航空航天等领域应用广泛。与其他热固性聚合物类似，受化学交联网络的限制，环氧树脂通常难以回收利用，缺乏可持续性。针对这一问题，软物质高精尖中心胡君教授课题组以商业化环氧树脂单体（TDE-85）为构筑单元，以功能化分子4,4-二硫代二苯胺（4-DTDA）和癸二酸（SA）为共固化剂，设计构建了含动态酯键和芳香二硫键的共价自适应网络，开发出一种兼具损伤/愈合可视化及可绿色闭环回收特性的高性能环氧树脂（TDS，图1）。图1 环氧树脂网络TDE-85/4-DTDA/SA（TDS）的设计示意图环氧树脂TDS具有较强的机械性能（拉伸强度~66 MPa、弯曲强度~103 MPa）和良好的热性质（玻璃化转变温度~133℃）。得益于网络中动态酯键和芳香二硫键的存在，TDS在发生刮划、撞击等损伤后，损伤部位通过机械变色可以被肉眼直接观察到，并实现自修复。值得一提的是，TDS能在200℃纯水中完全降解，降解产物无需进一步分离和改性，便可直接用于生产回收树脂（rTDS，图2）。与其他传统高性能环氧树脂相比，本体系在
高精尖中心谭占鳌课题组《Adv. Mater.》：界面反应溅射透明电极...

摘要：磁控溅射制备的氧化铟锡（ITO）是目前半透明和叠层钙钛矿太阳电池领域应用最广泛的透明导电金属氧化物。然而，磁控溅射中高能ITO粒子会对底层功能薄膜造成损伤从而降低光伏性能。谭占鳌课题组提出了界面反应溅射策略，构建了具有高透光率和优异载流子输运能力的C60/PEI/ITO复合电极，实现了高性能的半透明/叠层器件。选择聚乙烯亚胺(PEI)作为界面反应物，PEI上丰富的氨基可以与溅射的ITO纳米粒子发生反应，在ITO沉积过程中形成配位化合物，促进C60/PEI/ITO界面的载体运输。同时大大减轻了高能ITO颗粒的冲击力，保证了下面C60层和钙钛矿层的完整性。所制备的半透明电池能量转换效率(PCE)提高至19.17%，远高于C60/ITO的对比电池(11.64%)。此外，基于PEI的器件表现出优异的存储稳定性，2000小时后仍保持初始效率的98%。在界面反应溅射ITO电极的基础上，进一步成功制备了效率为26.89%的四端全钙钛矿叠层电池和效率为24.33%的二端钙钛矿-有机叠层电池。正文：该工作构建了具有高透光率和优异载流子输运能力的C60/PEI/ITO复合电极，实现了高性能的半透明和
软物质高精尖中心史少伟教授课题组《Adv. Mater.》：液体焊接

热塑性是指物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。大多数线形聚合物如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等均表现出热塑性，很容易进行挤出、注射或吹塑等成型加工。同时，热塑性聚合物可通过热合焊接制备具有复杂结构的塑料制品，已被广泛应用于社会生产生活中。与固体材料不同，液体由于其本征的流动性，无法保持结构稳定，构筑具有精准结构和可重复加工性能的液体更是难以实现。针对这一问题，受热塑性聚合物启发，软物质高精尖中心史少伟教授课题组利用纳米粒子和高分子水/油界面共组装，构建了一类温度响应型纳米粒子表面活性剂（nanoparticle surfactant, NPS），并基于NPS的界面堵塞和温度响应性，成功实现了液体的塑形和焊接，为开发具有先进功能的模块化液体器件提供了一种全新思路（图1）。图1. 基于温度响应型NPS实现液体的塑形和焊接。通过设计合成以环糊精（α-CD、β-CD和γ-CD）为核、聚丙烯酸为侧链的星形聚合物纳米粒子（α-NP、β-NP和γ-NP）和单端苄基（Bz）修饰的左旋聚乳酸（Bz-PLLA），本工作分别基于α-NP、β-NP、γ-NP和Bz-PLLA之间的主客体相互
软物质高精尖中心胡君教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：天然甘...

农药的使用能够有效保护作物免受病虫草鼠的侵害，在提高作物产量和品质方面发挥着不可替代的作用。然而，现有的农药制剂在叶面喷洒过程中常存在液滴弹跳、破碎和飞溅问题，且未充分考虑农药的控制释放以及光解保护。针对这一问题，软物质高精尖中心胡君教授课题组以天然甘草酸（Glycyrrhizic acid, GL）为功能化构筑单元，与疏水模型农药分子-多杀霉素（Spinosad, SSD）共组装，开发了一种兼具高叶面沉积和响应控制释放的纳米农药递送体系（GL-SSD NPs，图1）。图1天然甘草酸和多杀霉素共组装构筑纳米农药递送体系的示意图液滴撞击疏水表面的动态过程显示，当GL-SSD NPs浓度高于0.018 wt%时，液滴在疏水表面的回弹被有效抑制，沉积量显著增加。通过分析固-液相互作用力变化以及液滴撞击前后疏水表面微观形貌的差异，结合分子动力学模拟结果，证实GL-SSD NPs液滴对疏水表面微纳结构具有强亲和力，起到钉扎液滴的作用，从而有效抑制液滴回弹，提升液滴在疏水表面的沉积效果。与商业化的多杀霉素悬浮剂相比，GL-SSD NPs不仅具有良好的光稳定性，而且表现更好的控制释放性能和更佳的小菜
软物质高精尖中心史少伟教授课题组《Nat. Commun.》：可重构的液...

近年来基于磷脂双分子层（DIB）或者胶体粒子稳定的液滴网络因在分区化学反应和生物学功能等方面的应用引起了研究者的极大兴趣，并成为材料领域的研究热点。然而，现有设计方案受限于液滴尺寸，并且制备过程复杂。针对这一挑战，软物质高精尖中心史少伟教授课题组利用葫芦[8]脲（CB[8]）表面活性剂在水-油界面的自组装和堵塞相变行为，制备了一种新型液滴网络。该液滴网络具有多重响应性、可重构性以及互相贯通的内腔，为物质传输交换和分区化学反应提供了一个新型平台（图1）。图1. (a) DIB技术和(b) CB[8]表面活性剂构筑的液滴网络示意图不同于其他类型液滴网络，该工作构筑的液滴网络达到宏观尺度，体积为微升级别，且构筑过程简单易操作，仅需要外力挤压，不需要借助微流控装置或其他大能耗设备，也不需要引入高粘度液体或对渗透压进行精准调控。利用CB[8]和偶氮苯/紫精之间的三元主客体相互作用，可实现液滴网络在多重刺激下（紫外光、氧化还原、竞争客体）的可控形变。基于该液滴网络的内部贯通结构，团队制备了液滴微反应器，实现了包括化学反应（例如三价铁离子与硫氰酸根的显色反应）、功能纳米材料合成（例如ZIF-67和Z
软物质高精尖中心谭占鳌课题组《Adv. Mater.》：两性离子桥接埋...

摘要：软物质科学与工程高精尖创新中心（以下简称“软物质高精尖中心”）谭占鳌课题组设计合成了一种两性有机盐，2-（4-氟苯基）乙基铵-4-甲基苯磺酸盐，利用其活性基团与钙钛矿层的相互作用诱导钙钛矿层晶体有序生长并抑制薄膜缺陷生成，有效改善了钙钛矿层的微观形貌与能级传输，实现了钙钛矿器件光伏性能的提升。正文：有机离子盐协同管理钙钛矿界面的形貌和缺陷对于进一步提升反式钙钛矿太阳能电池光伏参数及稳定性至关重要。然而，相比于广泛报道的钙钛矿层上表面处理，其在埋底界面中的研究相对滞后。本工作设计合成了一种两性有机盐，2-（4-氟苯基）乙基铵-4-甲基苯磺酸盐（4FPEAPSA），用以桥联钙钛矿电池的埋底界面。作者深入研究了两性离子盐对钙钛矿薄膜生长质量，底界面缺陷及能级传输的影响。理论计算发现两性离子盐对钙钛矿的碘空位及甲脒空位有更强的结合能力；同时界面处理后的钙钛矿薄膜在费米能级处的态密度明显降低，表明缺陷被显著抑制。随后，作者通过撕除法暴露钙钛矿的埋底表面，直接研究了离子盐对钙钛矿结晶形貌的影响，结果表明离子盐诱导可以获得粗粒，空隙少且结晶性优异的钙钛矿薄膜。UPS结果证实了钙钛矿埋底界面的价

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