天大/國科大黃輝教授團隊2025年研究成果集錦！

近年來 ，天津大學/中國科學院大學黃輝教授團隊聚焦共軛高分子材料的精準合成與光電應用領域，開展了一系列系統性研究工作，取得多項創新成果。2025年，該團隊的研究成果先后發表在Nat. Mater.，Nat. Nanotechnol.，Chem. Soc. Rev.，Sci. Adv.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等國際知名期刊，為共軛高分子材料的發展注入了新的活力。

【2025年研究成果集錦】

Part 1 共軛高分子半導體材料的精準合成

1. Chem. Soc. Rev. ：減少均聚結構缺陷實現共軛高分子的精準合成

共軛高分子合成中長期存在的均聚結構缺陷導致材料性能波動和批次重復性差，成為制約其產業化應用的關鍵瓶頸。天津大學/中國科學院大學黃輝教授與史欽欽教授等人在Chem. Soc. Rev.上發表綜述文章，從物理有機化學視角深度剖析了缺陷的微觀起源與宏觀影響，系統梳理了均聚結構缺陷的先進表征手段，并重點介紹了基于碳-硫鍵活化的聚合方法學（CASP）在無缺陷精準合成方面的最新進展。 本綜述文章為構建高性能、高批次重復性的有機半導體材料提供了系統性方法論支撐，有望推動該領域從實驗室向規模化生產轉型。

參考文獻：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/cs/d4cs00644e

2. Angew. Chem. Int. Ed.：通用的無堿Suzuki-Miyaura交叉偶聯

針對傳統Suzuki-Miyaura交叉偶聯依賴外源堿、易引發副反應且底物兼容性差的問題，天津大學/中國科學院大學黃輝教授、史欽欽教授與美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）Kendall N. Houk教授等人合作在Angew. Chem. Int. Ed.上提出了一種基于親電取代轉金屬（EST）機理的通用無堿反應體系。利用芳基親電試劑氧化加成生成穩定陽離子中間體，通過親電取代路徑實現轉金屬化，從而避免堿的使用，顯著提升了對酯基、醛基等堿敏感官能團的耐受性。研究通過分離表征關鍵鈀/鎳陽離子中間體、結合DFT計算與13C動力學同位素效應實驗證實了EST機理的可行性，并展示了該方法在藥物分子、天然產物及功能材料合成中的廣泛適用性，為碳-碳鍵的綠色構筑提供了新方案。

參考文獻：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202512496

3 . Angew. Chem. Int. Ed.：高效的Suzuki?Miyaura聚合新范式

針對傳統Suzuki-Miyaura聚合中因硼酸不穩定導致的脫硼副反應及對強堿條件依賴等長期難題，天津大學/中國科學院大學黃輝教授、史欽欽教授與熊海根副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上首次論證了“硼酸酯直接轉金屬”這一全新反應機制。基于這一機理開發出條件溫和、普適性強的Suzuki-Miyaura 聚合新范式，成功實現了多種含雜芳基共軛聚合物的高效合成，所得聚合物顯示出優異的光電性能（如高載流子遷移率）。這項工作不僅深化了對經典偶聯反應機理的理解，更為共軛高分子材料的綠色、精準合成提供了創新路徑，有望推動其產業化應用。

參考文獻：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202509672

Part 2 共軛高分子半導體材料的光電應用（能源轉換）

1. Nat. Mater.：雙組分協同界面層實現有機太陽能電池效率突破21%

有機太陽能電池的性能提升常受限于陰極界面層在導電性、復合抑制和形貌控制等方面的不足，天津大學/中國科學院大學黃輝教授、蔡蕓皓副教授與北京航空航天大學郭林院士等人合作在Nat. Mater.上報道了一種普適的雙組分協同策略。通過構建無機-有機雜化界面層（AZnO-F3N），利用二維非晶氧化鋅與有機組分PNDIT-F3N的協同作用，有效減少了界面缺陷、提升了導電性與薄膜均勻性。基于此界面層的器件實現了更高效的電荷提取與傳輸及更低的復合率，最終使三元有機太陽能電池的效率提升至21.0%（認證效率20.8%），并在多種有源層與器件結構中展現出優異的性能與應用潛力。

參考文獻：

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02305-8

2 . Angew. Chem. Int. Ed.：抑制激子-振動耦合實現低能損和高性能的有機太陽能電池

針對有機太陽能電池因激子-振動耦合導致非輻射能量損失大、效率受限的核心問題， 天津大學/中國科學院大學黃輝教授與張昕副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上報道了通過理性分子設計在稠環電子受體中逐步引入更強的分子內Se···O非共價相互作用，系統增強了分子剛性，有效抑制了激子-振動耦合與振動弛豫。基于此策略合成的具有雙重Se···O作用的Y-SeSe受體，其二元與三元光伏器件分別實現了19.49%和20.51%的光電轉換效率，刷新了相關記錄，并獲得了極低的能量損失。該工作證明了調控分子內非共價相互作用是構建高性能、低能量損失有機光伏材料的有效策略，為提升有機太 陽能電池效率提供了新思路。

參考文獻：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202418926

3 . Angew. Chem. Int. Ed.：多重非共價“構象鎖”構筑低成本和高性能聚合物給體材料

發展兼具高性能與成本效益的寬帶隙聚合物給體材料對有機太陽能電池的商業化至關重要。天津大學/中國科學院大學黃輝教授與張昕副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上報道了一種通過多重非共價“構象鎖”構建全平面化共軛骨架的策略，旨在開發低成本、高性能的有機光伏聚合物給體材料。該研究在簡單結構的D–π–A型聚合物中引入S···O、S···F及S···Cl等分子內非共價相互作用，有效抑制了σ鍵旋轉導致的構象無序，實現了主鏈的高度平面化與單一構象鎖定。基于此策略合成的PBDT-TBT-Cl聚合物展現出優異的光電性能與結晶性，其二元和三元有機太陽能電池分別實現了16.11%和20.14%的能量轉換效率。該工作系統揭示了非共價“構象鎖”對消除構象無序、穩定平面構象及提升電荷傳輸性能的調控機制，為低成本高效聚合物給體材料的理性設計提供了新途徑。

參考文獻：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518567

4 . Angew. Chem. Int. Ed.：非稠環電子受體分子內非共價相互作用驅動的順/反構象調控

針對非稠環電子受體構象難以精確調控的挑戰， 天津大學/中國科學院大學黃輝教授與張昕副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上報道了一種通過引入氟原子構建分子內S···F非共價相互作用的構象導向設計新策略，成功實現了非稠環電子受體從順式到反式構象偏好調控。反式構象分子展現出更優的結晶性、緊密的π-π堆積與三維電荷傳輸網絡，基于此制備的有機太陽能電池器件效率顯著提升（二元器件達15.08%，三元器件達19.88%）。這項工作為通過精準的分子構象工程開發高性能有機光伏材料提供了新的理論基礎與設計指引。

參考文獻：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202513603

Part 3 共軛高分子半導體材料的光電應用（仿生傳感）

1. Nat. Nanotechnol.：類視網膜光電二極管實現事件傳感與動態適應

機器視覺在工業4.0和自動駕駛等領域具有重要意義，但復雜光環境下的實時決策對傳感器的響應速度、數據效率和適應性提出挑戰。天津大學/中國科學院大學黃輝教授與佐治亞理工學院Antonio Facchetti教授等人合作在Nat. Nanotechnol.上報道了一種新型類視網膜光電二極管（RPD）。該器件仿生視網膜信號通路，在單一器件中集成了事件感知與動態調控功能，實現了超過200 dB的動態范圍和0.9%的對比度敏感度，在極端光照下能穩定成像。其輸出數據量較傳統幀式相機減少90%，事件數比商用事件相機降低55%，但重建圖像質量更優，為構建高動態范圍、低能耗、適應復雜環境的新一代機器視覺系統提供了新路徑。

參考文獻：

https://www.nature.com/articles/s41565-025-01973-6

2. Sci. Adv.：生物啟發的高效人機交互自適應響應速度

隨著人工智能的快速發展，人機交互（HRI）技術受到了廣泛關注，特別是機器人響應速度的可調性已成為優先事項。天津大學/中國科學院大學黃輝教授與陳皓副教授等人在Sci. Adv.上報道了受人腦響應機制啟發的有機浮柵場效應晶體管（OFGFET），通過光調控浮柵中光異構化合物的電荷捕獲能力，實現了響應速度的雙向可調控制。該技術可應用于人機交互中機器人響應速度的自適應優化以及視頻播放速度的智能調節，為提升人機交互質量提供了創新解決方案。

參考文獻：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw2253

3. Adv. Mater.：分子內非共價構象鎖助力高性能有機電化學晶體管

有機電化學晶體管由于其離子電子耦合、低驅動電壓（＜1V）等特性而成為構建生物電子器件的理想單元。然而，其低的離電性能特別是低跨導值限制了它們對微弱生物信號的獲取能力，而其核心部分即活性層是決定其性能的關鍵。天津大學/中國科學院大學黃輝教授聯合中國科學院化學研究所劉云圻院士、郭云龍研究員團隊提出利用分子內非共價構象鎖（NoCLs）策略調控活性層分子特性，有效降低構象無序，從而構建出具有優異離電性能的聚合物材料及OECT器件，為高性能生物電子器件的開發提供了新思路。

參考文獻：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202508541