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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
软物质高精尖中心谭占鳌课题组《Energy Environ. Sci.》：协同电...

摘要：通过协同优化前结宽带隙无机钙钛矿子电池中的界面接触和调节后结窄带隙有机子电池中给体/受体比例，以最大化钙钛矿/有机叠层太阳能电池中的电压输出。与常用的SnO2电子传输层相比，Cl@MZO电子传输层在宽带隙子电池中表现出更适配的能级、降低的漏电流和更高效的载流子提取能力。通过对给体/受体比例的精细调节，可有效改善后结有机子电池的光学吸收特性，实现前后结子电池的电流平衡。所制备的无机钙钛矿/有机叠层太阳能电池获得了2.15V的开路电压和24.07%的功率转换效率。此外，未封装的器件在空气条件下表现出优异的稳定性。正文：对于前结宽带隙子电池，采用Cl@MZO取代常用的SnO2电子传输层，可降低与CsPbI2Br的费米能级差，增强载流子提取能力并抑制能量损失。Cl@MZO基底会诱导钙钛矿薄膜的取向生长以提高结晶性，形成的贯穿晶有利于光生载流子的高效分离传输。基于Cl@MZO的CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池获得了17.05%的效率和1.305 V的开路电压。图1 宽带隙全无机钙钛矿器件的研究通过调节受体比例，发现受体比例增加可扩展长波区截止边并提高吸收强度，实现后结子电池光电流的提高
软物质高精尖中心胡君教授课题组《Adv. Mater.》：利用逐步增强...

摘要本工作设计了一种包括退火和溶剂交换的逐步增强策略，有效地优化了聚合物的相互作用和聚集状态，促进由刚性晶体域交联的聚合物网络的进化增强，开发出具有高强度、高模量和高韧性的低共熔凝胶。正文凝胶材料因其在生物医学、柔性电子设备、传感器和驱动器等领域的广泛应用而备受青睐。得益于低共熔溶剂（DES）固有的理化性质，由聚合物网络和DES组成低共熔凝胶通常表现出良好热稳定性、导电性和可重复变形性等优势。然而，较弱的力学性能仍然是低共熔凝胶实用化的最大障碍。为解决这一难题，北京化工大学胡君教授课题组提出一种逐步增强策略制备高力学性能低共熔凝胶。该方法通过先退火、再与DES溶剂交换的过程，连续调控和优化聚乙烯（PVA）网络，实现由刚性晶体域交联的聚合物网络的进化增强（图1）。所制备的低共熔凝胶（A-SE-PVA20）表现出超高的极限应力（31.8 MPa）、杨氏模量（25.6 MPa）和韧性（76.0 MJ m-3），兼具优异的抗撕裂和抗裂纹扩展性能。此外，以丙烯酸作为氢键供体的DES可以使单网络低共熔凝胶通过二次加工形成半互穿网络结构，赋予低共熔凝胶特殊的力学性能。图1逐步增强法制备低共熔凝胶力学
软物质高精尖中心谭占鳌课题组《Adv. Mater.》：具有传输和保护...

摘要：具有高导电性和优异透光率的氧化铟锡（ITO）通常采用溅射的工艺作为复合电极引入到钙钛矿/有机叠层太阳电池中。为了防止高能ITO粒子在溅射过程中破坏底层材料，采用可交联有机配体材料（C1）作为双功能传输和保护层。最终，通过堆叠1.77 eV带隙钙钛矿层和1.35 eV带隙有机活性层，实现了效率为24.07%的两端钙钛矿/有机叠层太阳电池，器件表现出优异的稳定性。正文：串联叠层太阳电池（TSCs）可以同时解决单结器件中面临的光谱失配和热弛豫能量损失问题，这已被证明是突破单结器件Shockely-Quesisser极限的有效方法。金属卤化物钙钛矿和有机半导体的优异光电性能和带隙可调性使钙钛矿/有机叠层电池成为高性能叠层器件的理想结构。具有低损耗和高透射率的氧化铟锡（ITO）在取代金属作为复合电极方面表现出相当大的优势。然而，在溅射过程中，高能ITO粒子会对底层造成不可避免的损坏，并影响器件的性能。因此，有必要找到一种溅射保护层，以防止在ITO溅射过程中对底层材料的破坏。图1 C1的抗溅射保护能力和电荷传输能力近日，北京化工大学谭占鳌教授课题组在前期研究基础上，使用可交联有机配体（4，7
软物质高精尖中心刘瑶课题组《ACS Energy Lett.》：通过合理设计...

通过选择具有互补吸收的子电池构筑叠层器件是克服单节光伏器件热损耗与传输损耗从而使电池性能突破Shockley-Quiesser极限的可行方案。分别以有机子电池与钙钛矿子电池为前后电池的叠层器件因具有能级与吸收光谱可调性强、加工温度较低、稳定性较好等优势，受到广泛关注。但值得注意的是，目前此领域的研究主要围绕钙钛矿前电池与子电池连接层的设计与优化展开。虽然有机子电池也是叠层器件整体不可或缺的一部分，但是目前应用于有机-钙钛矿叠层器件的有机后电池主要集中于性能与开路电压较低的体系，严重阻碍了兼具高性能与高开路电压的叠层器件开发。鉴于此，本研究在组内前期针对钙钛矿层与子电池连接层优化（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 50, 56068-56075；ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 26, 29896-29904）的基础上，首次提出运用三元策略构筑兼具窄带隙与低能量损失的有机子电池，为获得具有高开路电压的高效有机-钙钛矿叠层电池提供了独特的解决方案。通过核心单元与端基的协同优化，所开发的非富勒烯受体LBz-F
软物质高精尖中心胡君教授课题组《Adv. Mater.》：利用双动态界...

本研究基于二硫键和氢键的双动态界面愈合策略，构建了一种由高模量骨架和低模量基质组成的一体化聚氨酯拉胀弹性体（IAE），实现了材料大变形下的负泊松比效应，解决了常规减材制造后拉胀材料力学性能下降的问题，为可工程应用的拉胀材料提供了一种新的制备方法。
软物质高精尖中心刘瑶课题组《ACS Energy Lett.》：兼具高批次稳...

软物质高精尖中心刘瑶课题组《ACS Energy Lett.》：兼具高批次稳定性与膜厚不敏感性的介观聚合物阴极界面层助力高效稳定有机太阳能电池有机光伏器件中的界面层在调控活性层-电极之间界面接触特性、促进电荷高效传输与收集等方面扮演重要角色。为推动有机光伏商业化，界面层材料应满足溶解性与成膜性良好、批次差异小、膜厚不敏感的要求。两性离子类材料具有优异的醇溶性、出色的功函数调控能力，是可用于有机太阳能电池的潜在阴极界面层（图1a），但目前广泛使用的两性离子类小分子与两性离子聚合物均存在一些不足：对两性离子类小分子而言，其结晶性较强、成膜性较差，限制了加工窗口；而两性离子聚合物往往批次差异性较大、溶解度较差（图1b）。图1. (a)两性离子类材料降低金属功函数的原理；(b)传统的两性离子类小分子、聚合物与本文中的介观聚合物两性离子的特点；(c)介观聚合物两性离子MT2PDINz与MT2PDIMz的设计策略及其结构；(d)几种两性离子类材料的电子自旋共振图谱；(e,f)介观聚合物两性离子的电导率与文献报道的两性离子类材料电导率对比有鉴于此，近日，北京化工大学刘瑶教授团队通过聚合单体结构与聚合

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