电子受体小分子具有较长的激子寿命和较窄的能带隙，与能量隙定律相反，是高性能有机光伏电池(OPVs)高效光捕获能力(LH)、激子扩散(ED)和电荷转移(CT)的理想选择。为此，我们设计了一种受体-供体-受体(A-D-A)型非富勒烯受体(NFA)，即TACIC，其中心是一个供电子、自组装的二维(2D)纳米石墨烯单元，硫杂氮杂壬基，两端是吸电子基团。TACIC膜显示出窄带隙(1.59 eV)和出色的LH。令人惊讶的是，TACIC膜显示出极长的激子寿命(1.59 ns)，通过其独特的自组装行为抑制了不良的非辐射衰减。当与共轭聚合物供体结合时，由于TACIC结构域尺寸大，在TACIC激发下观察到PBDB-T，慢速ED和CT(60 ps)。尽管如此，由于TACIC激子寿命长，ED和CT的效率异常高(总计96%)。此外，从激发的PBDB-T到TACIC发现了异常的能量转移(EnT)，表明了其双重LH起了作用。具有PBDB-T和TACIC的OPV器件在高达710 nm处显示出超过70%的高入射光子电流效率(IPCE)，功率转换效率约为10%。该结果将为OPV的合理策略开辟途径，其中可以通过使用2D纳米石墨烯作为构建基材，以更好地设计受体侧的LH，ED和CT以及供体侧的LH，EnT，ED和CT 用于高性能A-D-A型NFA模块。
 
 Fig. 1 TACIC、PBDB-T、ITIC的化学结构。
 
 
Fig. 2 (a) TACIC和ITIC在氯仿中的UV-vis-NIR吸收光谱。(b)通过差分脉冲伏安法估算的PBDB-T，TACIC和ITIC的HOMO和LUMO能级。
 

Fig. 3 (a) TACIC在氯仿中的瞬时吸收光谱为0-500ps，(b) TACIC薄膜的瞬时吸收光谱为0-1000ps。
 
 
Fig. 4 (a)性能最佳的OPV器件的电流密度-电压曲线和(b)基于PBDB-T典型OPV器件的光电流作用谱:TACIC和PBDB-T:ITIC。
 

Fig. 5 (a) PBDB-T:TACIC和(b) PBDB-T:ITIC共混膜在0-2500 ps范围内的瞬态吸收光谱。
 
    相关研究成果于2020年由日本京都大学Hiroshi Imahori课题组，发表在Chem. Sci. (DOI: 10.1039/c9sc06456g)上。原文：Efficient light-harvesting, energy migration, and charge transfer by nanographene-based nonfullerene small-molecule acceptors exhibiting unusually long excited-state lifetime in the film state。