基于富勒烯的自组装结构及功能化研究

富勒烯和金属富勒烯是最优良的功能纳米材料之一，而其优良的特性与这类材料丰富多变的组装结构密切相关。本项目针对目前富勒烯和金属富勒烯最热门的两个应用，既太阳能电池和高效磁共振造影剂，研究基于富勒烯超分子纳米结构的可控二维平面组装和零维纳米颗粒自组装。对于有机太阳能电池，设计基于在C70赤道位置修饰的富勒烯衍生物，以及基于C80金属富勒烯的衍生物，通过对比研究得到关于其自组装结构的规律性认识，进而达到其与高分子共聚物的可控自组装。利用自组装结构的高度有序性，提高异质结电池的能量转化效率。对于基于含Gd富勒烯的磁共振造影剂，通过合成系列包括相类似化学基团的金属富勒烯衍生物，总结其自组装规律，最后达到水溶性金属富勒烯纳米颗粒的可控构筑，并由此提高金属富勒烯磁共振造影剂的造影效率；我么还将探索由富勒烯和金属富勒烯敏化的无机半导体太阳能电池，通过优化富勒烯在ZnO表面自组装结构来达到太阳能电池的高效率

本项目主要研究富勒烯和金属富勒烯功能纳米材料的自组装特性。重点针对基于富勒烯的有机高分子太阳能电池和高效磁共振造影剂等应用，研究富勒烯纳米组装基元的合成、表征，以及可控自组装特性。具体研究内容可分为两个方面：1）富勒烯功能纳米材料分子间强相互作用下的可控自组装。通过富勒烯衍生化或合成新型内嵌金属富勒烯分子，改变富勒烯分子的物理化学特性,例如表面电荷、电负性、分子极性等，加强富勒烯分子间的相互作用，达到调控富勒烯分子自组装特性的目的；2）富勒烯分子间弱相互作用力下的可控自组装。针对有机太阳能电池等应用需求，通过设计富勒烯衍生物或内嵌富勒烯衍生物，消弱分子间相互作用，防止因富勒烯分子在高温下相互作用组装引起富勒烯分子与高分子的相分离。