《新型二維有機光電功能材料的第一性原理研究》是依託大連理工大學,由蔣雪擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型二維有機光電功能材料的第一性原理研究
- 外文名：First-principles study of novel two-dimensional Organic OPTOELECTRONIC Functional Materials
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔣雪
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在石墨烯研究熱潮的帶動下，其它二維層狀材料也相繼被合成，並在柔性電子器件、光探測器、催化劑等套用領域取得了實質性的研究進展，被認為是下一代光電器件的核心材料。現有的二維光電材料和器件均為無機材料；而價格更低廉、製備工藝更簡單、機械柔性更好的二維有機光電材料卻鮮有報導。考慮到許多傳統的無機物以及器件在合成和廣泛套用後都找到了其有機替代物，很有必要對二維有機光電材料開展前瞻性的理論研究。因此，本項目以有機光電材料為研究目標，通過第一性原理計算，針對二維有機晶體在太陽能電池、可見光催化劑、發光器件等領域的套用，提出能帶工程和逆向設計的研究思路，即從二維有機材料的結構參數和電子、電化學關係出發，通過設計和控制前驅體及其合成方式，調控能帶結構相關的能隙、光吸收、載流子傳輸速率、導帶/價帶能級等光電性能，評估二維有機晶體在光電器件領域套用的可行性和最優結構，推動“後矽時代”有機半導體器件的設計和生產。
結題摘要
在石墨烯研究熱潮的帶動下，其它二維層狀材料也相繼被合成和廣泛套用，並在柔性電子器件、光探測器、催化劑等套用領域取得了實質性的研究進展，被認為是下一代光電器件的核心材料。現有的二維光電材料和器件均為無機材料；而價格更低廉、製備工藝更簡單、機械柔性更好的二維有機光電材料卻鮮有報導。考慮到許多傳統的無機物以及器件在合成和廣泛套用後都找到了其有機替代物，很有必要對二維有機光電材料開展前瞻性的理論研究。首先，我們通過第一性原理計算，識別和設計了一系列二維共價有機材料(COF)可以用於可見光催化劑，並且自組裝方式、氮含量、層間耦合等因素對產氫效率均有較大影響；其次，我們設計了一系列可以同時繼承有機和無機太陽能電池優點的二維有機晶體（MOF），他們具有良好的穩定性、可調控的電子結構、高的載流子遷移率，其組成異質結後，光電轉化效率可以達到11%，這個不要不僅高於所有已經證實的有機電池，也接近於無機太陽能電池。再次，我們發現了一系列合適的二維有機襯底，它們能耗很好的保持和增強單原子的磁各項異性能（MAE），並揭示了金屬原子替換，有機功能團設計，應力調節等多種進一步提高磁各項異性能的手段，可以最高提升MAE到60 meV, 是常見二元合金的60倍。我們的研究對於推動二維材料的深入研究，探索新型光電材料與器件具有較大的理論指導意義。通過本項目的研究，在Sci. Adv.、Adv. Sci.、J. Mater. Chem. A、Phys. Rev B、Nano Energy、Appl. Phys. Lett.等高水平國際期刊上共發表相關學術論文16篇，第一/通訊作者11篇，ESI高被引論文1篇，影響因子大於3的論文11篇，最高影響因子12.123，單篇最高引用92次。項目執行期間，申請人被破格晉升為副教授，入選了大連市青年科技之星、大連理工大學星海學者培育計畫“星海骨幹”。獲得博士後特別資助，教育部自然科學二等獎（第五完成人），2次獲得遼寧省自然科學學術成果一等獎，1次獲得大連市自然科學學術成果一等獎。指導的3名研究生均獲國家獎學金。
