Category of Research Project：863
list of participants ：陳永勝，黃毅等
beginning and ending dates ：2009-05至2011-12
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和世界人口的迅猛增加，全球能源需求量在逐年增加。尤其是自20世紀(jì)70年代的世界石油危機(jī)以來(lái)，人們已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到世界范圍的礦物能源儲(chǔ)量十分有限。太陽(yáng)能是資源最豐富的可再生能源，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的開發(fā)潛力。充分利用太陽(yáng)能有利于保持人與自然的和諧相處及能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
有機(jī)光伏電池是利用有機(jī)材料作為光活性介質(zhì)，非常輕薄，可彎曲、折疊，容易與各種電子產(chǎn)品復(fù)合，可獲得大面積柔性光電器件，并可加工成具有復(fù)雜形狀的樣品，具有及其廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，有機(jī)光伏器件（OPV）的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。采用C60衍生物（PCBM）作為電子受體材料，P3HT作為給體材料，已經(jīng)獲得了5－6％的光電轉(zhuǎn)化效率。目前，機(jī)光伏材料的主要缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差、效率較低、成本很高，限制了其實(shí)際應(yīng)用。
單層石墨由碳原子以sp2雜化結(jié)構(gòu)連成的單原子層構(gòu)成，是理想的二維導(dǎo)電材料。它幾乎具有碳納米管的所有優(yōu)點(diǎn)。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的的性能，具有極大的開發(fā)潛力。它在量子霍爾效應(yīng)、磁性量子器件，具有多功能的導(dǎo)電及增強(qiáng)復(fù)合材料，能源材料等方面具有重要的應(yīng)用前景。單層石墨是一種零帶隙材料，具有十分優(yōu)良的電荷傳輸?shù)刃再|(zhì)，如具有目前最高的電子遷移率[4]，達(dá)10000cm-2/V.s（Si是1500 cm-2/V.s）。可望取代PCBM用作高穩(wěn)定性有機(jī)光伏電池材料。單層石墨很可能成為21世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，它尤其在需要低能源消耗和高電子遷移率的領(lǐng)域具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，關(guān)于單層石墨的宏量制備及應(yīng)用研究，將從根本上改變我們的世界。基于單層石墨的有機(jī)光伏材料及器件的開發(fā)及應(yīng)用，對(duì)人類應(yīng)對(duì)未來(lái)所面臨的能源危機(jī)具有重要意義。
本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容為：（1）通過(guò)控制多種化學(xué)方法以及反應(yīng)條件宏量制備不同大小、不同功能化的可溶性單層石墨； (2) 針對(duì)單層石墨具有碳納米管類似的電子結(jié)構(gòu)的特性，對(duì)其進(jìn)行有機(jī)功能化，獲得可溶和兩親性（既溶于水，也溶于有機(jī)溶劑）的功能化單層石墨；（3）研究和找到可溶功能化單層石墨在不同還原條件下其結(jié)構(gòu)和性能恢復(fù)的最佳條件；(4) 研究利用可溶性功能化單層石墨在光伏器件方面的應(yīng)用并獲得良好性能的光伏器件。