第一作者：武晨宇、刘亚美

通讯作者：赵英杰、李志波、酒同钢

通讯单位：青岛科技大学、中科院青岛能源所

研究亮点：

1. 利用螺二芴衍生物作为三维构筑核心，运用亚胺键构建了具有长程共轭的三维 COF 结构。

2. 在钙钛矿太阳能电池中实现了同比15-18%的相对光电转换效率提升。

3. 实验及 DFT 模拟揭示了其光响应性电池提升机制。

二维、三维材料是目前国际上功能材料的研究热点，近年来逐渐成为材料科学领域最热门的研究方向之一。因其拓扑规则结构及由此带来的殊异理化性质，其在光电转换、信息技术、电子、能源、催化、器件等领域的优势逐渐显露。与传统线性聚合物材料不同，由于二维、三维材料的独特结构，控制功能性单体在二维或三维方向的有序聚合或者络合是构建该类新材料并产生定向功能性应用的关键科学问题之一。

青岛科技大学赵英杰教授、李志波教授团队在二维、三维材料的制备方法及能源催化应用方面取得系列研究进展。运用多种有机化学反应，如[4+4]环加成、Glaser偶联、席夫碱反应等先后实现了该种新材料的固相、界面、溶液相制备并探索了其光催化、太阳能电池等领域的应用（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10016–10024; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 53-58; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b03311; Asian J. Org. Chem., 2018, 7, 906–909; Chin. J. Polymer Sci. 2018, 36, 425-444）。

最近，赵英杰教授、李志波教授团队联合青岛能源所酒同钢研究员团队，利用螺二芴衍生物作为三维构筑核心，运用亚胺键构建了具有长程共轭的三维 COF 结构。

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作者从螺二芴衍生物的有机合成入手，运用“受体-供体”构建策略设计了供电子性螺二芴基团与吸电子性苯基/联二苯基通过亚氨键交替连接的长程共轭体系，并运用经典的席夫碱反应合成了具有相应长程共轭体系的三维 COF 材料 （SP-3D-COF）。在保有以往三维 COF （如 COF-300）全部性质的同时，SP-3D-COF 展现出优异的光电性能。

与 COF-300 等类似，由席夫碱反应合成的 SP-3D-COF（图 1）通过 PXRD（图 2）及气体吸附（图3）测定表征出良好的结晶性和均一的孔径分布。其中，以苯基作为线性连接单元的 SP-3D-COF 1 表现为六重穿插的 dia 结构，而以联二苯基作为线性单元的 SP-3D-COF 2 则由于更大的框架空间而表现为七重穿插的 dia 结构。

图 1 两种三维COFs的合成路线

图 2 两种COFs的 PXRD 表征及其晶格峰归属分析

图 3 氮气吸附结果及孔径分布

通过简单的“混合-超声-静置”法掺杂入平均光电转换效率（平均PCE）为 15.8%的平面钙钛矿太阳能电池 ITO/P₃CTK/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/ZnO/Al 的钙钛矿层中（图 4），并分别获得 18.3% 及 18.7% 的平均 PCE，相对提升高达 15-18%；其中，SP-3D-COF 1 的最高PCE 达19.1%。此外，器件暗电流在掺杂后显著减小，各参数如 J_sc、FF亦获得显著提升；PCE、V_oc、J_sc 和 FF 结果分布在掺杂器件中明显更窄，掺杂器件展现出出色的电学稳定性。

图 4 三维COFs在钙钛矿太阳能电池中的掺杂结果及相关表征

运用多重光学及电学表征手段，并在理论计算的辅助下，SP-3D-COF 在钙钛矿层中的光响应性交互机理及其对于避免电子-空穴重组的机理得以被进一步揭示（图 5）。

图 5 三维COFs在钙钛矿太阳能电池中光响应性作用机理及 DFT 计算

总之，文章利用螺二芴衍生物作为三维构筑核心，构建了具有长程共轭的三维 COF结构，并实现了钙钛矿电池性能的提升。该方法及其光响应性电池提升机制为该领域提供了借鉴。

参考文献：

Wu C , Liu Y, Liu H, et al. Highly Conjugated Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks Based on Spirobifluorene for Perovskite Solar Cell Enhancement[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b06291

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b06291

作者简介：

通讯作者：

赵英杰，青岛科技大学高分子学院教授。2011年博士毕业于中科院化学所，师从李玉良院士。先后在瑞士日内瓦大学、苏黎世联邦理工学院从事博士后研究，2016年回国独立开展科研工作。青年人才项目获得者，青岛市拔尖人才。主要研究方向为二维、三维高分子材料与功能超分子体系。

目前已发表文章50余篇，作为第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nature Communications, Chem. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces等国际学术期刊上发表文章20余篇。

主页：http://yingjiezhao.com

李志波，青岛科技大学高分子学院教授，2011年IUPAC江教授新材料青年奖获得者，2012年国家杰出青年基金获得者，国家有突出贡献的中青年专家，泰山学者优势特色学科人才团队领军人才；曾任中国科学院化学研究所科技处处长（2013.4-2014.4），现任青岛科技大学科技处处长、材料学部主任，Chinese Journal of Polymer Science 副主编，中国化学会青年化学工作者委员会主任。

主要从事可降解功能高分子合成与结构表征、刺激响应嵌段共聚物的可控聚合方法学、有机-无机纳米复合材料的可控合成聚性能研究。主持和参加多项国家项目，如基金委面上和重点项目、国家杰出青年基金、基金委重大研究计划重点项目、中科院方向性创新项目、中科院先导专项等。在Science、JACS、Adv. Mater.、Macromolecules、Biomacromolecules、Langmuir 等国际核心期刊发表文章90 余篇。

主页：http://taishanteam.qust.edu.cn/sysjs/sysljrw.htm

实验室主页：http://taishanteam.qust.edu.cn/index.htm

酒同钢，中科院青岛生物能源与过程研究所研究员，碳基光伏材料与器件团队负责人，宁波市3315创新人才计划及中国科学院青年创新促进会会员。主要研究方向为基于新型碳材料石墨炔的太阳能电池的界面性质调控与器件性能研究，近年来对有机光电材料、无机纳米材料及有机/无机杂化太阳能电池器件进行了深入的研究并获得了一系列成果，发表SCI论文40余篇。

主页：http://sourcedb.qibebt.cas.cn/zw/zjrc/201707/t20170717_4833687.html

第一作者：

武晨宇，新南威尔士大学先进高分子设计中心在读博士生，师从 Cyrille Boyer 教授。曾于李志波教授团队从事三维高分子结构设计，师从赵英杰教授。主要研究方向为可控光聚合反应、计算机辅助有机光催化剂结构设计、光响应性有机供体-受体结构设计。

主页：https://www.kira.studio/

刘亚美，青岛科技大学高分子学院在读硕士生，导师赵英杰教授。主要研究方向为三维有机共价骨架材料的设计合成。

研究者招募

青岛科技大学泰山学者优势特色学科人才团队李志波教授，赵英杰教授课题组诚聘博士后、讲师数名，主要从事二维、三维材料制备及功能探索研究。

专业需求

1.  研究者获得物理、材料、化学等相关学科博士学位；

2.  具有纳米材料制备、电催化、能源背景的研究者将优先考虑；

3.  品行端正，工作认真负责，具有团队合作精神、独立从事科学研究的能力及良好的英语水平。

聘请待遇

1.     博士后年薪 15-20万元，出站后考核优秀者可推荐留校工作。参照《青岛市博士后培养留青计划》：博士后出站后选择留青工作或创业的，给予25万元的安家补贴。

2.     近5年以第一作者或唯一通讯作者在国际重要学术刊物发表本学科方向的论文被SCI、CSSCI收录5篇及以上。其中，在化学、材料等相关领域发表SCI论文累计影响因子30以上，并有高影响因子、高被引的代表性论文；或在机械自动化、化工、数理信息、环境安全工程等相关领域发表SCI论文累计影响因子20以上；可直接聘为副教授。享受如下待遇：1）提供20万元住房补贴和10万元的安家费。2）自然科学类提供20万元科研启动经费。

3.     根据业绩团队和学校每年还进行额外奖励。同时，业绩纳入学校年度文章奖励范畴，积极支持和鼓励获聘人员申请和主持各类科研项目。

导师简介：

赵英杰，青岛科技大学高分子学院教授。2011年博士毕业于中科院化学所，师从李玉良院士。先后在瑞士日内瓦大学、苏黎世联邦理工学院从事博士后研究，2016年回国独立开展科研工作。青年人才项目获得者，青岛市拔尖人才。

主要研究方向为二维、三维高分子材料与功能超分子体系。目前已发表文章50余篇，作为第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nature Communications, Chem. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces等国际学术期刊上发表文章20余篇。

李志波，现任青岛科技大学教授，博士生导师，山东省泰山学者优势特色学科人才团队支持计划领军人才。2011年获国际纯化学和应用化学联合会江教授新材料青年奖，2012年获国家杰出青年科学基金项目资助。先后承担国家自然科学基金重点项目、面上项目、中科院方向创新项目等10余项。

以第一作者或通讯联系人在Scienc、JACS、Adv.Mater.、Macromolecules、Biomacromolecules、Langmuir等国际核心期刊发表文章80余篇，他人引用1500余次，引用超过100次以上的论文7篇。申请中国专利5项，授权3项。主要研究方向为可降解功能高分子合成与结构表征、刺激响应聚氨基酸的可控聚合方法学、聚多肽为模板的有机-无机纳米复合材料的可控合成聚性能研究。

应聘材料

请应聘者将pdf格式的个人简历（包含详细教育背景、研究领域、代表性成果）发至yz@qust.edu.cn，邮件主题注明“应聘”

联系人

赵英杰 老师

邮箱：yz@qust.edu.cn

地址：青岛市郑州路53号青岛科技大学

课题组主页：http://yingjiezhao.com