近年来，课题组聚焦共轭高分子材料的精准合成与光电应用领域，开展了一系列系统性研究工作，取得多项创新成果。2025年，团队的研究成果先后发表在Nat. Mater.，Nat. Nanotechnol.，Chem. Soc. Rev.，Sci. Adv.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等国际知名期刊，为共轭高分子材料的发展注入了新的活力。
【2025年研究成果集锦】
Part 1 共轭高分子半导体材料的精准合成
1. Chem. Soc. Rev.：减少均聚结构缺陷实现共轭高分子的精准合成
共轭高分子合成中长期存在的均聚结构缺陷导致材料性能波动和批次重复性差，成为制约其产业化应用的关键瓶颈。课题组黄辉教授与史钦钦教授等人在Chem. Soc. Rev.上发表综述文章，从物理有机化学视角深度剖析了缺陷的微观起源与宏观影响，系统梳理了均聚结构缺陷的先进表征手段，并重点介绍了基于碳-硫键活化的聚合方法学（CASP）在无缺陷精准合成方面的最新进展。本综述文章为构建高性能、高批次重复性的有机半导体材料提供了系统性方法论支撑，有望推动该领域从实验室向规模化生产转型。
参考文献：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/cs/d4cs00644e
2. Angew. Chem. Int. Ed.：通用的无碱Suzuki-Miyaura交叉偶联
针对传统Suzuki-Miyaura交叉偶联依赖外源碱、易引发副反应且底物兼容性差的问题，课题组黄辉教授、史钦钦教授与美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）Kendall N. Houk教授等人合作在Angew. Chem. Int. Ed.上提出了一种基于亲电取代转金属（EST）机理的通用无碱反应体系。利用芳基亲电试剂氧化加成生成稳定阳离子中间体，通过亲电取代路径实现转金属化，从而避免碱的使用，显著提升了对酯基、醛基等碱敏感官能团的耐受性。研究通过分离表征关键钯/镍阳离子中间体、结合DFT计算与13C动力学同位素效应实验证实了EST机理的可行性，并展示了该方法在药物分子、天然产物及功能材料合成中的广泛适用性，为碳-碳键的绿色构筑提供了新方案。
参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202512496
3. Angew. Chem. Int. Ed.：高效的Suzuki−Miyaura聚合新范式
针对传统Suzuki-Miyaura聚合中因硼酸不稳定导致的脱硼副反应及对强碱条件依赖等长期难题，课题组黄辉教授、史钦钦教授与熊海根副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上首次论证了“硼酸酯直接转金属”这一全新反应机制。基于这一机理开发出条件温和、普适性强的Suzuki-Miyaura聚合新范式，成功实现了多种含杂芳基共轭聚合物的高效合成，所得聚合物显示出优异的光电性能（如高载流子迁移率）。这项工作不仅深化了对经典偶联反应机理的理解，更为共轭高分子材料的绿色、精准合成提供了创新路径，有望推动其产业化应用。
参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202509672
Part 2 共轭高分子半导体材料的光电应用（能源转换）
1. Nat. Mater.：双组分协同界面层实现有机太阳能电池效率突破21%
有机太阳能电池的性能提升常受限于阴极界面层在导电性、复合抑制和形貌控制等方面的不足，课题组黄辉教授、蔡芸皓副教授与北京航空航天大学郭林院士等人合作在Nat. Mater.上报道了一种普适的双组分协同策略。通过构建无机-有机杂化界面层（AZnO-F3N），利用二维非晶氧化锌与有机组分PNDIT-F3N的协同作用，有效减少了界面缺陷、提升了导电性与薄膜均匀性。基于此界面层的器件实现了更高效的电荷提取与传输及更低的复合率，最终使三元有机太阳能电池的效率提升至21.0%（认证效率20.8%），并在多种有源层与器件结构中展现出优异的性能与应用潜力。
参考文献：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02305-8
2. Angew. Chem. Int. Ed.：抑制激子-振动耦合实现低能损和高性能的有机太阳能电池
针对有机太阳能电池因激子-振动耦合导致非辐射能量损失大、效率受限的核心问题，课题组黄辉教授与张昕副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上报道了通过理性分子设计在稠环电子受体中逐步引入更强的分子内Se···O非共价相互作用，系统增强了分子刚性，有效抑制了激子-振动耦合与振动弛豫。基于此策略合成的具有双重Se···O作用的Y-SeSe受体，其二元与三元光伏器件分别实现了19.49%和20.51%的光电转换效率，刷新了相关记录，并获得了极低的能量损失。该工作证明了调控分子内非共价相互作用是构建高性能、低能量损失有机光伏材料的有效策略，为提升有机太阳能电池效率提供了新思路。
参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202418926
3. Angew. Chem. Int. Ed.：多重非共价“构象锁”构筑低成本和高性能聚合物给体材料
发展兼具高性能与成本效益的宽带隙聚合物给体材料对有机太阳能电池的商业化至关重要。课题组黄辉教授与张昕副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上报道了一种通过多重非共价“构象锁”构建全平面化共轭骨架的策略，旨在开发低成本、高性能的有机光伏聚合物给体材料。该研究在简单结构的D–π–A型聚合物中引入S···O、S···F及S···Cl等分子内非共价相互作用，有效抑制了σ键旋转导致的构象无序，实现了主链的高度平面化与单一构象锁定。基于此策略合成的PBDT-TBT-Cl聚合物展现出优异的光电性能与结晶性，其二元和三元有机太阳能电池分别实现了16.11%和20.14%的能量转换效率。该工作系统揭示了非共价“构象锁”对消除构象无序、稳定平面构象及提升电荷传输性能的调控机制，为低成本高效聚合物给体材料的理性设计提供了新途径。
参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518567
4. Angew. Chem. Int. Ed.：非稠环电子受体分子内非共价相互作用驱动的顺/反构象调控
针对非稠环电子受体构象难以精确调控的挑战，课题组黄辉教授与张昕副教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上报道了一种通过引入氟原子构建分子内S···F非共价相互作用的构象导向设计新策略，成功实现了非稠环电子受体从顺式到反式构象偏好调控。反式构象分子展现出更优的结晶性、紧密的π-π堆积与三维电荷传输网络，基于此制备的有机太阳能电池器件效率显著提升（二元器件达15.08%，三元器件达19.88%）。这项工作为通过精准的分子构象工程开发高性能有机光伏材料提供了新的理论基础与设计指引。
参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202513603
Part 3 共轭高分子半导体材料的光电应用（仿生传感）
1.Nat. Nanotechnol.：类视网膜光电二极管实现事件传感与动态适应
机器视觉在工业4.0和自动驾驶等领域具有重要意义，但复杂光环境下的实时决策对传感器的响应速度、数据效率和适应性提出挑战。课题组黄辉教授与佐治亚理工学院Antonio Facchetti教授等人合作在Nat. Nanotechnol.上报道了一种新型类视网膜光电二极管（RPD）。该器件仿生视网膜信号通路，在单一器件中集成了事件感知与动态调控功能，实现了超过200 dB的动态范围和0.9%的对比度敏感度，在极端光照下能稳定成像。其输出数据量较传统帧式相机减少90%，事件数比商用事件相机降低55%，但重建图像质量更优，为构建高动态范围、低能耗、适应复杂环境的新一代机器视觉系统提供了新路径。
参考文献：https://www.nature.com/articles/s41565-025-01973-6
2. Sci. Adv.：生物启发的高效人机交互自适应响应速度
随着人工智能的快速发展，人机交互（HRI）技术受到了广泛关注，特别是机器人响应速度的可调性已成为优先事项。课题组黄辉教授与陈皓副教授等人在Sci. Adv.上报道了受人脑响应机制启发的有机浮栅场效应晶体管（OFGFET），通过光调控浮栅中光异构化合物的电荷捕获能力，实现了响应速度的双向可调控制。该技术可应用于人机交互中机器人响应速度的自适应优化以及视频播放速度的智能调节，为提升人机交互质量提供了创新解决方案。
参考文献：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw2253
3. Adv. Mater.：分子内非共价构象锁助力高性能有机电化学晶体管
有机电化学晶体管由于其离子电子耦合、低驱动电压（＜1V）等特性而成为构建生物电子器件的理想单元。然而，其低的离电性能特别是低跨导值限制了它们对微弱生物信号的获取能力，而其核心部分即活性层是决定其性能的关键。课题组黄辉教授联合中国科学院化学研究所刘云圻院士、郭云龙研究员团队提出利用分子内非共价构象锁（NoCLs）策略调控活性层分子特性，有效降低构象无序，从而构建出具有优异离电性能的聚合物材料及OECT器件，为高性能生物电子器件的开发提供了新思路。
参考文献：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202508541