基于烷氧基侧链工程的五联噻吩全非稠环受体设计：近红外吸收与高效有机太阳能电池

针对非稠环受体(FNEAs)合成成本高、效率低的问题，浙江大学团队通过烷氧基侧链工程设计出两种五联噻吩基全非稠环受体5T-OEH和5T-2OEH。研究发现单烷氧基修饰的5T-OEH具有更平面骨架和超窄带隙(1.29 eV)，与给体D18共混后实现12.64%的功率转换效率(PCE)，为低成本有机太阳能电池(OSCs)商业化提供新思路。

　　

在可再生能源领域，有机太阳能电池(OSCs)因其轻质、柔性和溶液加工性等优势备受关注。尽管近年来功率转换效率(PCE)已突破20%，但传统稠环受体(FRAs)复杂的合成工艺和高成本严重阻碍商业化进程。非稠环电子受体(FNEAs)通过C-C单键连接苯环或噻吩环，避免了稠环反应，但如何平衡分子平面性和性能仍是关键挑战。同时，具有近红外(NIR)吸收特性的材料在透明光伏、智能窗户等领域潜力巨大，而调控吸收光谱常需引入强给电子基团或形成醌式结构。

针对这些问题，浙江大学的研究人员创新性地设计了两种基于五联噻吩的全非稠环受体5T-OEH和5T-2OEH，通过改变末端噻吩上烷氧基数量（单取代与双取代），系统研究了对分子构象和器件性能的影响。研究发现单烷氧基修饰的5T-OEH展现出更平面骨架、红移吸收和超窄光学带隙(1.29 eV)，与给体D18共混后形成有利的面朝上分子取向和纳米纤维网络形貌，最终实现12.64%的PCE，显著优于双烷氧基修饰的5T-2OEH(7.44%)。该成果发表于《Dyes and Pigments》，为低成本高效OSCs提供了可规模化的分子设计策略。

关键技术方法包括：1) 通过Stille偶联反应构建五联噻吩骨架；2) 利用N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)溴化和Knoevenagel缩合制备目标受体；3) 结合理论计算分析分子平面性；4) 采用紫外-可见光谱测定光学带隙(E_g
^opt
)；5) 通过掠入射X射线衍射(GIWAXS)表征分子堆叠方式。

合成与表征
通过Stille偶联反应成功合成中间体3a/3b，经NBS溴化和二次Stille偶联获得二醛中间体5a/5b，最终制得目标受体。5T-OEH因单烷氧基修饰形成分子内S?O非共价锁，展现出更优平面性。

结论
研究表明，在末端噻吩的3位引入单烷氧基(5T-OEH)比3,4位双取代(5T-2OEH)更有利于增强分子平面性，促进红移吸收和高效电荷传输。该工作证实烷氧基位置工程可优化非稠环受体性能，为推进OSCs商业化提供了兼具低成本与高效率的材料设计方案。

讨论与意义
这项研究首次将五联噻吩骨架与精准烷氧基修饰相结合，通过简单的非稠环结构实现超窄带隙(1.29 eV)和12%以上PCE。其创新点在于：1) 揭示单烷氧基修饰对分子平面性的决定性作用；2) 阐明分子取向(面朝上)与纳米纤维形貌对器件性能的协同优化机制；3) 为开发适用于建筑光伏一体化(BIPV)的近红外吸收材料提供新思路。相比传统稠环受体，这类材料的合成步骤减少30%以上，成本降低显著，具有明确的产业化前景。