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南科大化学系本科生在国际知名期刊连发两篇一作论文

2018-12-05 科研新闻

        日前,能源及催化领域国际知名期刊《Solar RRL》、《Catalysis Today》在线发表两篇以南科大化学系2016级本科生胡启锟为第一作者的论文。两篇论文均由胡启锟完成文章主体实验及论文撰写,南科大化学系副教授许宗祥为通讯作者。


钙钛矿太阳能电池示意图

        《Solar RRL》发表的论文题目为“聚噻吩/酞菁纳米复合材料用作钙钛矿太阳能电池高效空穴传输材料”(P3HT/Phthalocyanine Nanocomposites as Efficient Hole-Transporting Materials for Perovskite Solar Cells)。


酞菁纳米晶钙钛矿太阳能电池光电转换效率图

        能源与环境问题是目前人类面临的两个重大危机,也是科研工作者关注的重点领域。钙钛矿太阳能电池以其独特的物理性质、醒目的光电转化效率和良好的工业应用前景等特点,被认为是一种拥有巨大解决能源问题潜力的光伏器件。但其电池效率衰减(稳定性)等问题是其走向工业化应用急待解决的课题。现行钙钛矿电池比较普遍使用的空穴传输材料是一种比较昂贵的螺二芴结构化合物(spiro-OMeTAD),需要通过掺杂锂盐以提高电池的性能,但这同时加剧了钙钛矿电池的不稳定性。所以一直以来研究人员希望寻找更加廉价和稳定的空穴传输材料来替代传统材料。

        酞菁铜是一种具有优异光电特性的廉价小分子半导体材料。但其有机溶解性比较差,不利于廉价液相工艺规模制备光电器件。许宗祥课题组从分子设计层面出发,开发八甲基取代的酞菁铜并制备纳米材料,通过酞菁纳米材料与廉价商业化的高分子材料聚噻吩复合,开发出了具备更高载流子迁移速率及环境稳定性的空穴传输材料,实现溶液法制备出光电转换效率为16.61%的钙钛矿太阳能电池,效率高于传统商业化的螺二芴结构化合物(spiro-OMeTAD)。同时器件的稳定性大幅度提高。


氧化石墨烯/酞菁纳米棒复合杂化材料光催化剂

        《Catalysis Today》发表的论文题目为“氧化石墨烯/酞菁纳米棒复合杂化材料用于可见光催化剂还原六价铬”(Graphene oxide/N-CuMe2Pc nanorod hybrid nanocomposite as ef?cient visible light photocatalyst for aqueous Cr(VI) reduction)。

        六价铬对人体具有慢性毒害,可以通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体,主要积聚在人体内的肝、肾和内分泌腺中。六价铬有强氧化作用,所以慢性中毒往往以局部损害开始,逐渐发展到不可救药。通过光催化可实现六价铬还原为无毒害的三价铬。现有光催化剂多数只能利用紫外光区域,催化性能较低。酞菁在可见光区域具有良好吸收效果,通过利用八甲基取代的酞菁铜纳米棒与氧化石墨烯制备复合材料,可以有效提高光催化剂的光谱吸收范围,实现太阳能的充分利用,同时加快电荷传输,实现在水溶液中高效还原六价铬,在日常太阳光照下两小时内降解97%的水中的六价铬。

        两项研究工作获得深圳市科创委基础研究学科布局项目支持。


胡启锟同学

        胡启锟同学于大一下学期加入许宗祥课题组,主要开展金属酞菁半导体材料合成与光电器件应用研究,作为第一作者发表文章2篇,共同作者发表文章5篇。

        相关背景:

        《Solar RRL》是一本快速刊载光伏电池以及太阳能相关前沿研究的高质量期刊,着重于太阳能光伏电池、光催化、光热、光电化学太阳能转换等领域。作为Advanced Materials一员,《Solar RRL》的稿件同样由《Advanced Materials》、《Advanced Energy Materials》、《Advanced Functional Materials》、《Small》等期刊的编辑们进行处理,为能源领域顶级期刊。

        《Catalysis Today》是应用化学领域中科院一区杂志,是催化领域的顶级期刊,影响因子为4.667。

 

胡启锟同学讲述科研背后的故事:

1、 请问发表论文后的感想如何,未来有什么想要涉足的课题或领域?

其实整个过程中比较兴奋的点是在完成了这个体系工作的时候,而不是在论文被接收的时候。因为发表论文只是科研道路上的一道风景,而不是终点。完成体系时感觉还是比较激动的,很庆幸自己这两年不论遇到什么困难都坚持了下来,没有放弃。

探索大自然是我童年时就有的梦想,我会始终忠于这个梦想。短期之内我会把现有的工作扩展开来继续进行,长期的方向当然还是以探索大自然为主。

2、 请谈谈加入许宗祥教授的课题组的感受如何?

当初来南科大就是因为这里具有很好的科研环境,在入学后也了解了比较多的导师,感觉许老师非常关心学生的成长,所以很早就选定了许老师的课题组。一开始加入的时候对什么东西都感觉很陌生,看文献也很难看懂,所幸课题组里的师兄师姐很热情,他们教会我不少,特别是许老师,不仅非常耐心地教给我很多基础知识,也给了我很多学术方面的专业指导。同时他还非常关心我的生活,经常会和我们分享一些为人处世的经验。

3、 有什么学习和做科研的心得体会可以和同学们分享?

一是要敏锐,要学会善于发现并发掘有价值的点;二是要坚守,不论遇到什么挫折都要始终如一地坚持下去,这样才能取得成绩。

4、 关于这篇论文,酞菁将六价铬转化为三价铬这项技术一般会应用在哪些领域?

酞菁可以应用在污水处理方面,六价铬如果直接排放到大自然,会对水中的生物造成极大的损害,最终也会危害到人类自身,而三价铬毒性小,不会对水中的生物造成太大影响。我们研究的结果是酞菁和氧化石墨烯的复合材料只要加到污水中,在太阳光照下就可以将水中的六价铬转变为三价铬,之后再通过普通的滤膜就可以回收这些材料,继续将它们加到新的污水中去,这样就可以源源不断地廉价高效处理污水。目前我们研究的这种催化剂不是非常稳定,在多次使用后降解率会有不少下降,未来我们也将深入研究导致降解率下降的机理并提出解决办法。此外酞菁也有被比较多的报道用于一些生物传感器中。

 

专业术语小贴士:

空穴是电子学里的术语,当一个电子从一个地方移动到另一个地方时,就会留下一个空穴。空穴传输材料就是具有较高传输空穴能力的材料。

 

论文链接

供稿:化学系

采访:童小晋

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