卟啉结构普遍存在于天然产物中，具有丰富的光电与配位特性，在光电功能材料等领域具有重要理论价值与良好应用前景。染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种成本较低、效率较高的光伏技术。染料敏化剂是其实现光电转换的关键组分，在太阳能吸收与电子激发与转移等过程中发挥着重要作用。作为一类代表性敏化剂，卟啉具有光谱响应范围宽、可修饰位点多、激发态寿命长等优势。但是，卟啉染料在400和550nm左右的吸收缺陷制约了其光伏性能的进一步提升。虽然，将吸收互补的染料与卟啉按一定比例进行共敏化，可得到具有全光谱吸收特性的高效电池器件，但是，该方法存在染料分子间竞争吸附、不均匀分布、器件优化过程复杂及可控性差等问题。为此，解永树教授课题组在前期研究基础上，将卟啉与吸收互补的纯有机小分子染料通过柔性碳链进行共价连接，发展了一类新型“协同伴侣染料”，在实现全光谱吸收的同时，两种互补结构单元在器件中以1:1的精准比例均匀、致密分布，实现了电压与电流的协同提升，最终取得了12.4%的碘电解质电池最高效率。同时，染料的双吸附基团也提升了电池稳定性。此外，该类染料的电池器件具有制备简便、可控性好、光伏性能对桥连基团长度依赖性不强等优势。该研究成果为发展高效染料敏化电池提供了全新思路。相关研究成果“Efficient Solar Cells based on Concerted Companion Dyes Containing Two Complementary Components: An Alternative Approach for Cosensitization”为题近期发表于《美国化学会志》。
此外，解永树教授团队在新型异卟啉骨架构建方面也取得重要进展。该研究团队以线型共轭八吡咯为原料，巧妙利用共轭多吡咯骨架的折叠构象，将空间上靠近的吡咯b-位点选择性连接，合成一种结构新颖的含三吡咯侧臂的异卟啉大环1。该化合物具有大环与线型两个配位环境，线型单元与Ni2+配位可生成单核镍配合物2A/2B，大环进一步与Cu2+配位，则生成异核双金属配合物3A/3B。有趣的是，TFA的加入可以催化P螺旋和M螺旋手性之间的转化，定量实现2A到2B的非对映异构体互变，该结果有望应用于刺激响应型手性分子机器的构建。相关研究成果“Tripyrrin-Armed Isosmaragdyrins: Synthesis, Heterodinuclear Coordination, and Protonation-Triggered Helical Inversion”近期发表于《化学科学》。
该研究主要是由博士生曾凯雯、张锴及李成杰副教授在解永树教授指导下完成，晶体测试方面得到曼彻斯特大学杨四海教授的支持，光谱测试等方面得到日本九州大学Hiroyuki Furuta教授的帮助。该研究还得到了田禾院士的悉心指导和朱为宏教授的大力支持，并受到国家自然科学基金、上海科技重大专项、上海科技国际合作以及上海高校****(****)等项目的支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12675；https://doi.org/10.1039/C9SC06197E
发布日期：2020年03月06日11时33分
