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南开大学化学学院陈永胜教授团队,攻关世界级难题,申请50余项发明专利!

作者/来源:南开大学本科招生公众号   发表时间:2020-04-09 10:43:18

2019年1月8日上午,中共中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行国家科学技术奖励大会。南开大学化学学院陈永胜教授团队完成的"面向能源转化与存储的有机和碳纳米材料研究"项目(主要完成人:陈永胜、万相见、黄毅、田建国、王成扬)荣获国家自然科学奖二等奖。梅花香自苦寒来,十几年间,陈永胜团队始终致力于碳纳米材料、有机功能材料及其在能源转化与存储等方面的研究。他们开发的有机太阳能电池器件光电转化效率多次刷新世界纪录

潜心科研数十载,团队科研成果多次刷新世界纪录

目前,已商业化应用的太阳能电池主要由晶硅等无机原料制备,但因其原材料及电池构筑生产工艺复杂,成本高、能耗大、污染严重等问题,限制了其应用和发展。发展成本低、环境友好、高效的新型太阳能技术成为新能源领域的重大课题。

陈永胜说,作为世界各国在新能源研究中竞争最为激烈的领域之一,开发并引领具有独立的自主知识产权的有机太阳能电池材料和技术,为我国赢得先机,一直是该领域内中国科学家的努力方向。

2004年,陈永胜从美国回到母校南开大学任教,建立了以碳材料为基础的绿色能源材料和应用研究团队,并在2007年开始进行有机太阳能发电和以碳纳米材料为基础的储电方面的研究。

当时,最重要的碳纳米材料石墨烯的研究国内还尚处于空白期,许多研究者对有机太阳能电池的未来发展亦不抱信心。而陈永胜教授凭借敏锐的洞察力和审慎分析,果断选择了在当时具有重大风险和挑战的新型可溶液加工处理的有机小分子和寡聚物活性材料作为团队的主要突破点。

从分子材料设计到光伏器件的制备优化,陈永胜带领团队马不停蹄地展开科研攻关。最终,经过不懈的坚持与努力,他们研发出了具有鲜明特色的寡聚小分子有机太阳能材料体系。从效率5%到超过10%,再到17.3%,团队多次刷新有机太阳能电池领域光电转换效率纪录。他们提出的设计理念和方法,发展的结构单元等被广泛应用。

2015年,陈永胜团队开始进行有机叠层太阳能电池研究。他们利用自主设计合成的系列寡聚小分子制备获得12.7%的有机叠层太阳能电池,刷新了当时有机太阳电池领域的效率,该项研究入选"2017年中国光学十大进展"。随后,通过技术攻关,陈永胜团队获得了验证效率为17.3%的光电转化效率,将有机太阳电池的研究推向了一个新的高度。

"向太阳要能源",团队研获石墨烯"太空海绵"

"光直接驱动飞行"是各国科学家争相研究的难题。经过3年努力研究,陈永胜和物理学院教授田建国的联合科研团队,夜以继日展开科研攻关,终于提出了一种"三维交联石墨烯"高分子材料设计理念,以二维石墨烯为聚合单元,实现了二维石墨烯单元的直接三维交联,获得了既保持石墨烯本征结构又同时具有高导电性/高比表面及交联网络结构的石墨烯体相材料。

该研究成果令"光动"飞行成为可能。国际知名学术刊物《Nature Photonics》评述道:"这一发现展现了基础物理学上的意义和其在下一代航天器驱动中的潜力。"同时,利用上述光致电子发射机制,这类材料在常温常压下合成氨和水分解制氢等方面都展现出巨大的应用潜力。陈永胜获得的上述创造性和系统性的学术成就,极大地影响并带动了相关学科领域的发展,特别是对提高我国在相关领域的学术水平做出了重要贡献。

十几年来,陈永胜团队在国际学术刊物发表论文近300篇,申请发明专利50余项,使中国真正引领了有机太阳能电池领域的研究和发展。

数字上的"一小步",能源界的"一大步"。面向未来,在更高效率的有机太阳能电池材料设计与器件构筑方面,陈永胜团队已经开始了系统而深入的工作。"在有机太阳能电池这一领域,是为数不多的我们中国人比较领先的领域,同时我们有自己最核心的材料和完全自主的制备技术,虽然还有很多事要做,但我们完全有信心在这一绿色能源领域的竞争中,为国家提供独立自主和具有国际领先的完全的技术方案。"陈永胜说。