等离子体纳米颗粒（PNPs）因其独特的物理、化学、光学和生物学特性而被广泛地应用于材料科学、生物学和医药学等研究领域。PNPs的光学性质是可以通过改变其组成、形状和大小来进行调控的，所以利用可控合成的方式能够筛选出适合的光散射探针。在单分子水平上实时研究PNPs的动态行为对于理解细胞及活体组织的生命活动机制、制备功能型纳米材料和开发新型化学生物传感器等有着重要的意义。基于传统的暗场显微镜（DFM），通过对光源、检测器及其它光学元件的择优组装和调试，我们开发出了一系列具有高灵敏度、高时空分辨率和高通量的等离子体光散射成像技术，并将其应用于单分子检测、多颗粒传感、单细胞成像以及生物过程示踪等领域。基于具有光学各向异性的PNPs，我们还研制出了活细胞三维扫描成像系统和超连续激光光片成像与高速毛细管电泳联用系统，推进了单分子光谱方面的研究。本文将总结近十年来本课题组在PNP单颗粒分析及成像中的工作，并为该领域未来的发展提出一些新的思路。

高效的电化学能量存储与转换功能材料及其器件近年来受到了人们的广泛关注。层状双金属氢氧化物/石墨烯（LDH/G）复合物就是一类重要的能源材料。它们兼具LDH和石墨烯的优异的物理、化学性能，同时克服了LDH导电性差和石墨烯片易于团聚的问题；在超级电容器和电化学催化分解水等方面具有广泛应用。本文综述了LDH与化学修饰石墨烯（氧化石墨烯，还原氧化石墨烯及其衍生物）的有效复合的方法及其在电化学能量存储与转换领域中的应用，特别是关于基于该类材料的超级电容器及电化学析氧反应催化的研究；对LDH/G复合材料研究领域中的挑战和未来发展方向做了展望。

ZnO电极修饰层具有高电子迁移率、高透光率、可低温制备且环境友好等优点在钙钛矿太阳能电池上获得了广泛应用。本文针对传统电极修饰层需要高温退火、透光率较低、制备过程繁琐，不利于高性能柔性钙钛矿电池器件制备等问题，系统综述了以ZnO材料作为电极修饰层的制备方法，综合分析了ZnO构筑的电极修饰层形貌、厚度、掺杂及复合对钙钛矿太阳能电池性能（如开路电压、电流密度、填充因子、光电转换效率等）的影响，展望了ZnO电极修饰层材料的未来发展趋势与其在钙钛矿太阳能电池中的应用前景。

功能化磁性纳米粒子因其独特的理化性质，在乳状液制备与破乳领域的应用受到广泛关注。本文归纳了功能化磁性纳米粒子的制备方法、合成结构与特征性质，阐述了其在乳状液制备及破乳中的应用过程，重点分析了磁性纳米粒子在溶液中良好分散、稳定吸附于油水界面排布为膜结构的作用行为，尤其是磁性纳米粒子的磁响应特征对乳状液中界面性质、液滴形貌及运动状态的影响，并进一步总结出其表面性质及作用行为对稳定乳状液或使乳状液破乳的规律。针对磁性纳米粒子对乳状液稳定性影响规律的探究可为其在应用领域提供理论支持。最后本文就功能化磁性纳米粒子研究中亟待解决的新问题作出展望。

为了给以甲基异丁基酮为溶剂含环己酮废水萃取过程的设计和流程模拟计算提供数据支撑，本文测定了常压下，水+环己酮+甲基异丁基酮（MIBK）三元体系在303.15、313.15及323.15 K的液液相平衡数据。据相平衡数据计算了分配系数和分离因子，所有的分离因子均远大于1，表明MIBK从水中萃取环己酮是可行的；Hand方程和Bachman方程的相关系数在0.99以上，表明实验数据具有较好的一致可靠性。同时，采用NRTL和UNIQUAC活度状态方程对实验数据进行了关联，回归得到了该三元物系的二元交互参数，结果表明两种模型均能很好关联实验数据，实验值和模拟值的相对均方根差（RMSD）低于0.5%。

为了探究线粒体的能量代谢过程，本文以离体大鼠肝脏线粒体为模型，利用多通道、高灵敏度的热活性检测仪TAM Ⅲ，实时监测了不同线粒体浓度、不同底物、不同缓冲液、几种呼吸抑制剂以及Ca²⁺和线粒体渗透转换孔抑制剂CsA存在时线粒体的能量代谢，获得了完整的热功率―时间曲线，并通过计算得到了线粒体能量代谢的热动力学参数。通过分析发现：（1）线粒体浓度越大，代谢越快；（2）直接底物琥珀酸钠使线粒体代谢更快；（3）高浓度Ca²⁺能够刺激线粒体快速产热，且在长期代谢进程中，线粒体渗透转换孔抑制剂CsA并不能改变Ca²⁺造成的影响；（4）不同缓冲液对线粒体代谢的影响基于其组分的不同，缓冲液中含有呼吸底物；（5）呼吸抑制剂都能抑制线粒体的能量代谢，尤其是复合物IV的抑制剂NaN₃，高浓度下使代谢停止。

Multi-scale quantum-mechanical/molecular-mechanical (QM/MM) and large-scale QM simulation provide valuable insight into enzyme mechanism and structure-property relationships. Analysis of the electron density afforded through these methods can enhance our understanding of how the enzyme environment modulates reactivity at the enzyme active site. From this perspective, tools from conceptual density functional theory to interrogate electron densities can provide added insight into enzyme function. We recently introduced the highly parallelizable Fukui shift analysis (FSA) method, which identifies how frontier states of an active site are altered by the presence of an additional QM residue to identify when QM treatment of a residue is essential as a result of quantum-mechanically affecting the behavior of the active site. We now demonstrate and analyze distance and residue dependence of Fukui function shifts in pairs of residues representing different non-covalent interactions. We also show how the interpretation of the Fukui function as a measure of relative nucleophilicity provides insight into enzymes that carry out S_N2 methyl transfer. The FSA method represents a promising approach for the systematic, unbiased determination of quantum mechanical effects in enzymes and for other complex systems that necessitate multi-scale modeling.

为探讨微波法制备纳米碳点发光性质的影响规律与本质，采用微波加热法通过控制微波功率、反应时间以及pH值合成了一系列纳米碳点，并利用荧光激发光谱与发射光谱测试对纳米碳点的发光性质进行了表征，结合紫外吸收光谱与傅立叶红外光谱对反应产物官能团变化分析，最终揭示了微波加热过程中葡萄糖向纳米碳点转变的机制与发光机理。结果表明，采用微波法制备纳米碳点，当微波功率为560 W，反应时间为2.5 min时，获得纳米碳点发光性能最佳。当采用波长370 nm紫外光激发时，对应451 nm的蓝光发射强度最高。伴随纳米碳点溶液pH值从酸性变为碱性，纳米碳点最强发光峰的激发光波长由350 nm显著向高波长方向移动，且发光峰强度显著升高。紫外吸收光谱与傅立叶红外光谱显示反应过程中形成了多环芳香族碳氢化合物，表明微波加热过程中是葡萄糖单糖向多糖聚合并最终发生碳化的过程。不同pH值下纳米碳点发光性质的差异，源于对纳米碳点中C=C键与C=O键比例的调整，从而实现对纳米碳点的光学带隙宽度及激子束缚能等的综合调控。

将带不同阴离子（Br^-、BF₄^-、PF₆^-、H₂PO₄^-）的咪唑离子液体修饰改性的多壁碳纳米管（MWNTs）作为一种全新的载体通过物理吸附法固定化褶皱假丝酵母脂肪酶B（CALB），对其酶学性能进行测试。并通过透射电镜、拉曼光谱、热重分析、X射线光电子能谱对修饰前后的MWNTs进行表征，研究材料表面修饰对酶学性能的影响。研究结果表明，经过离子液体表面修饰后的MWNTs固定化CALB具有更高的比活力，耐受性（高温、高pH值）、热稳定性和重复使用性也得到进一步增强；离子液体中不同的阴离子对修饰MWNTs固定化酶的酶学性能有显著影响，其中以PF₆^-为阴离子的固定化酶比活力最高，比未修饰的MWNTs提高了5倍。固定化酶的动力学参数分析表明离子液体的引入增强了酶与底物之间的亲和力，从而增强了酶的活性。

本文总结了2012-2017年度化学科学三处（物理化学、理论化学）优秀青年科学基金项目的受理和资助情况，阐述了近年来该领域优秀青年科学基金项目人才队伍的申请和资助趋势，并对该类项目资助下取得的部分典型成果进行了简介。最后，对项目申请中存在的问题和应注意的事项进行了说明。

开发高效的催化剂用于催化还原CO₂转化为甲酸和它的盐类已经成为研究的热点，是因为将CO₂转化为C1产物不仅可以解决CO₂的含量升高带来的环境问题，还可以解决化石能源燃烧日趋严重的问题。贵金属配合物催化CO₂转化为甲酸和甲酸盐类是目前这类反应最有效的方式，尤其是Ru、Ir和Rh等贵金属。我们之前的研究结果表明Ir(Ⅲ), Ru(Ⅱ)类配合物催化还原CO₂转化为甲酸盐的活性是由配合物Ru―H键的成键性质决定的。它们能高活性的催化CO₂是由于它们都含有同一种特点的Ru―H键，是由Ru的sd²杂化轨道和H的1s轨道杂化而成的，而且这一特点可以被活性氢的对位配体显著影响。鉴于硼基配体具有强的对位效应，我们基于高活性的均相催化剂Ru(PNP)(CO)H₂ (PNP = 2, 6-二(二叔丁基磷甲基)-吡啶)设计了Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin，并计算了二者催化还原CO₂的活性。Bcat和Bpin配体是实验上常用的硼基配体。我们的计算结果表明Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin有比Ru-PNP-H₂更长的Ru―H键、亲核性更强的活性氢，其Ru―H键中的Ru原子的d轨道杂化成分的贡献也比Ru-PNP-H₂的更少。相应地Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin活化CO₂的能垒比Ru-PNP-H₂低。而且Ru-PNP-H₂、Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin催化CO₂转化为甲酸盐的能垒分别为76.2、67.8、54.4 kJ∙mol^-1，表明Ru-PNP-HBpin具有最高的催化活性。因此，钌配合物催化还原CO₂的活性可由硼基配体强的对位效应和Ru―H键的成键性质来调控。

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are one of the most promising renewable energy technologies. Charge transfer and charge transport are pivotal processes in DSSCs, which govern solar energy capture and conversion. These processes can be probed using modern electronic structure methods. Because of the heterogeneity and complexity of the local environment of a chromophore in DSSCs (such as solvatochromism and chromophore aggregation), a part of the solvation environment should be treated explicitly during the calculation. However, because of the high computational cost and unfavorable scaling with the number of electrons of high-level quantum mechanical methods, approaches to explicitly treat the local environment need careful consideration. Two problems must be tackled to reduce computational cost. First, the number of configurations representing the solvent distribution should be limited as much as possible. Second, the size of the explicit region should be kept relatively small. The purpose of this study is to develop efficient computational approaches to select representative configurations and to limit the explicit solvent region to reduce the computational cost for later (higher-level) quantum mechanical calculations. For this purpose, an ensemble of solvent configurations around a 1-methyl-8-oxyquinolinium betaine (QB) dye molecule was generated using Monte Carlo simulations and molecular mechanics force fields. Then, a fitness function was developed using data from inexpensive electronic structure calculations to reduce the number of configurations. Specific solvent molecules were also selected for explicit treatment based on a distance criterion, and those not selected were treated as background charges. The configurations and solvent molecules selected proved to be good representatives of the entire ensemble; thus, expensive electronic structure calculations need to be performed only on this subset of the system, which significantly reduces the computational cost.

针对铜表面化学反应，我们发展了一套铜-碳体系的密度泛函紧束缚(DFTB)参数。测试结果表明这套参数可以很好的描述吸附铜或碳原子前后铜表面的几何结构和能量。基于这套参数，我们对Cu(111)表面的碳二聚化过程进行了分子模拟研究。即使在高温下，直接的分子动力学模拟也很难观察到碳二聚体的形成。这是因为高温下铜表面显著的结构弛豫一定程度上阻止了二聚化。为了研究高温下铜表面碳二聚化的机理，我们进行了赝动力学模拟。发现在二聚化的过程中，碳原子形成C-Cu-C桥状结构以后，会绕中间Cu原子转动，最后形成碳二聚体。1300 K下碳二聚化的自由能垒约0.9 eV。

Ethylene carbonate (EC) liquid and its vapor-liquid interface were investigated using a combination of molecular dynamics (MD) simulation and vibrational IR, Raman and sum frequency generation (SFG) spectroscopies. The MD simulation was performed with a flexible and polarizable model of the EC molecule newly developed for the computation of vibrational spectra. The internal vibration of the model was described on the basis of the harmonic couplings of vibrational modes, including the anharmonicity and Fermi resonance coupling of C＝O stretching. The polarizable model was represented by the charge response kernel (CRK), which is based on ab initio molecular orbital calculations and can be readily applied to other systems. The flexible and polarizable model can also accurately reproduce the structural and thermodynamic properties of EC liquid. Meanwhile, a comprehensive set of vibrational spectra of EC liquid, including the IR and Raman spectra of the bulk liquid as well as the SFG spectra of the liquid interface, were experimentally measured and reported. The set of experimental vibrational spectra provided valuable information for validating the model, and the MD simulation using the model comprehensively elucidates the observed vibrational IR, Raman, and SFG spectra of EC liquid. Further MD analysis of the interface region revealed that EC molecules tend to orientate themselves with the C＝O bond parallel to the interface. The MD simulation explains the positive Im[$ \chi ^{(2)}$](ssp) band of the C＝O stretching region in the SFG spectrum in terms of the preferential orientation of EC molecules at the interface. This work also elucidates the distinct lineshapes of the C＝O stretching band in the IR, Raman, and SFG spectra. The lineshapes of the C＝O band are split by the Fermi resonance of the C＝O fundamental and the overtone of skeletal stretching. The Fermi resonance of C＝O stretching was fully analyzed using the empirical potential parameter shift analysis (EPSA) method. The apparently different lineshapes of the C＝O stretching band in the IR, Raman, and SFG spectra were attributed to the frequency shift of the C＝O fundamental in different solvation environments in the bulk liquid and at the interface. This work proposes a systematic procedure for investigating the interface structure and SFG spectra, including general modeling procedure based on ab initio calculations, validation of the model using available experimental data, and simultaneous analysis of molecular orientation and SFG spectra through MD trajectories. The proposed procedure provides microscopic information on the EC interface in this study, and can be further applied to investigate other interface systems, such as liquid-liquid and solid-liquid interfaces.

二维石墨烯纳米孔中气体分子的选择性渗透对多孔石墨烯分离膜非常重要。本文采用分子动力学方法研究了气体分子在氮氢修饰石墨烯纳米孔中的渗透特性，从分子的大小和结构、纳米孔的构型以及分子与石墨烯之间的作用强度等角度阐明了分子出现选择性渗透的原因。结果表明，不同分子的渗透率不同，即H₂O＞H₂S＞CO₂＞N₂＞CH₄。渗透率跟分子的质量和直径以及分子在石墨烯表面上的吸附密度有关；根据气体分子动理学理论，渗透率跟分子质量成反比关系；而分子在石墨烯表面上的高吸附密度对渗透起促进作用。对于H₂O和CH₄分子，分子直径起主导作用；H₂O分子直径最小，其渗透率最大；同理，CH₄分子的渗透率最小。对于H₂S和CO₂分子，H₂S分子的直径较大，但其与石墨烯之间的作用强度较大(吸附密度较高)，导致渗透率较高；对于CO₂和N₂分子，CO₂分子的直径较小，并且与石墨烯之间的作用强度较大，渗透率较高。同时发现，分子在纳米孔中的渗透使得其在石墨烯表面的密度分布极不均匀。纳米孔左右两侧的功能化氮原子使CH₄分子容易从孔两侧区域穿过，而其它分子由于直径较小在纳米孔中心区域穿过的概率最大。分子与石墨烯之间的作用越强，导致分子在石墨烯表面区域内停留的时间越长，最终使其在渗透纳米孔的过程中所经历的时间越长。本文所采用的氮氢修饰石墨烯纳米孔中，分子渗透速率达到~10^-3 mol·s^-1·m^-2·Pa^-1，并且其它分子相对于CH₄分子的选择性也很高，说明基于该类型纳米孔的多孔石墨烯分离膜在天然气处理等工业气体分离领域具有很好的应用前景。

由于在检测、药物输运、分子马达等领域具有广阔的应用前景，二维柔性响应Janus材料受到了广泛的关注。但遗憾的是，这些二维材料的响应形变的分子机理仍不明确。基于此，我们采用介观尺度的耗散粒子动力学模拟方法系统研究了Janus纳米片两侧接枝不同长度和不同溶剂相容性的高分子链对Janus纳米片形变的影响。我们发现由于构象熵和混合焓的共同作用，通过对接枝链长度和溶剂相容性的调整，Janus纳米片可以形成如反相包覆、信封装包覆和碗状等新奇的结构。我们的理论结果首次提供了对二维柔性Janus材料可控形变的基本认识，并预报了设计合成新型Janus纳米器件在药物和生物医学领域的潜在应用。

为探究固相CL-20热分解反应机理，本文采用反应分子动力学ReaxFF MD模拟研究了含有128个CL-20分子的超胞模型在800–3000 K温度下的热分解过程。借助作者所在课题组研发的反应分析及可视化工具VARxMD得到了热分解过程中多种反应中间物和较为全面的反应路径。氮氧化物是CL-20初始分解的主要中间产物，其中NO₂是数量最多的初始分解产物，观察到的中间物NO₃的生成量仅次于NO₂。统计CL-20初始分解的所有反应后发现，在所有考察温度下CL-20初始分解路径主要是N―NO₂断裂反应和C―N键断裂引起开环的单分子反应路径。N―NO₂断裂反应数量在高温下显著增多，而C―N键断裂引起的开环反应数量随温度升高变化不大。在低温热分解模拟中还观察到CL-20初始分解阶段生成的NO₂会发生双分子反应—从CL-20分子中夺氧生成NO₃。对CL-20热分解过程中环结构演化进行分析后发现，CL-20分解的早期反应中间物主要为具有3元或2元稠环结构的吡嗪衍生物，随后它们会分解形成单环吡嗪。吡嗪六元环结构在热分解过程中非常稳定，这一模拟结果支持Py-GC/MS实验中提出吡嗪存在的结论。CL-20中的咪唑五元环结构相对不稳定，在热分解过程中会发生开环分解而较早消失。由ReaxFF MD模拟得到的3000 K高温热分解产物N₂，H₂O，CO₂和H₂的数量与爆轰实验的测量结果定量吻合。本文获得的对CL-20热分解机理的认识表明ReaxFF MD结合VARxMD有可能为深入了解热刺激下含能材料复杂化学过程提供一种有前景的方法。

Surfactant molecules, when dispersed in solution, have been shown to spontaneously form aggregates. Our previous studies on molecular dynamics (MD) calculations have shown that ionic sodium dodecyl sulfate molecules quickly aggregated even when the aggregation number is small. The aggregation rate, however, decreased for larger aggregation numbers. In addition, studies have shown that micelle formation was not completed even after a 100 ns-long MD run (Chem. Phys. Lett. 2016, 646, 36). Herein, we analyze the free energy change of micelle formation based on chemical species model combined with molecular dynamics calculations. First, the free energy landscape of the aggregation, ΔG_i+j^†, where two aggregates with sizes i and j associate to form the (i + j)-mer, was investigated using the free energy of micelle formation of the i-mer, G_i^†, which was obtained through MD calculations. The calculated ΔG_i+j^† was negative for all the aggregations where the sum of DS ions in the two aggregates was 60 or less. From the viewpoint of chemical equilibrium, aggregation to the stable micelle is desired. Further, the free energy profile along possible aggregation pathways was investigated, starting from small aggregates and ending with the complete thermodynamically stable micelles in solution. The free energy profiles, G(l, k), of the aggregates at l-th aggregation path and k-th state were evaluated by the formation free energy $\sum\limits_i {{n_i}\left( {l, k} \right)G_i^\dagger } $ and the free energy of mixing $\sum\limits_i {{n_i}(l, k){k_B}Tln({n_i}(l, k)/n(l, k))} $, where n_i(l, k) is the number of i-mer in the system at the l-th aggregation path and k-th state, with $n\left( {l, k} \right) = \sum\limits_i {{n_i}\left( {l, k} \right)} $. All the aggregation pathways were obtained from the initial state of 12 pentamers to the stable micelle with i = 60. All the calculated G(l, k) values monotonically decreased with increasing k. This indicates that there are no free energy barriers along the pathways. Hence, the slowdown is not due to the thermodynamic stability of the aggregates, but rather the kinetics that inhibit the association of the fragments. The time required for a collision between aggregates, one of the kinetic factors, was evaluated using the fast passage time, t_FPT. The calculated t_FPT was about 20 ns for the aggregates with N = 31. Therefore, if aggregation is a diffusion-controlled process, it should be completed within the 100 ns-simulation. However, aggregation does not occur due to the free energy barrier between the aggregates, that is, the repulsive force acting on them. This may be caused by electrostatic repulsions produced by the overlap of the electric double layers, which are formed by the negative charge of the hydrophilic groups and counter sodium ions on the surface of the aggregates.

在分子尺度上构建光驱动的人工分子机器是超分子化学研究的一个热点。偶氮苯是一类具有双稳态的光致开关分子，能够完成高效、可逆的反式(E)$\to $顺式(Z)的光致异构化过程，因而可以作为人工分子机器的功能单元。本文采用密度泛函理论(DFT)和反应分子动力学(RMD)模拟，研究了含偶氮苯封端基团的互锁型超分子体系中冠醚主体与二烷基铵客体间结合强度，模拟了偶氮苯Z$\to $E异构化反应的动态过程，讨论了异构化反应对主客体分子构象的影响。在偶氮苯封端基团通过发生Z$\to $E异构化实现体系单向可控运动时，较强的主-客体间结合能力是保证互锁型超分子体系稳定的必要前提。顺式客体与主体大环氢键相互作用比反式客体更强，因此顺式复合异构体具有比反式异构体更大的结合强度。偶氮苯基团发生E$\to $Z光致异构化引入位阻效应，使得顺式复合物只能从环戊基准封端处进行脱环。主客体复合过程对偶氮苯基团的几何结构没有明显影响。偶氮苯光致异构化发生的速度快于客体脱环的速度是实现单向运动的动力学上的必要条件。在异构化反应后的500 ps内，大环会经历一个明显的结构驰豫过程。冠醚大环主体的柔性构象有助于实现在偶氮苯光致异构化发生过程中主客体间持续稳定的结合。各种超分子体系中，尽管客体组成各不相同，但是包含相似的主客体识别位点的超分子体系具有相似的结合能，显示了机械互锁型复合体系中各种功能性构建单元间主客体相互作用具有正交性。引入双稳态的偶氮苯功能基团对客体其他部分的几何结构影响很小。理论计算结果有助于理性设计更复杂的刺激响应性人工分子机器。

本文研究用温度副本交换分子动力学(T-REMD)和哈密顿副本交换分子动力学(H-REMD)方法模拟复杂化学反应的问题。使用具有不同活化能和反应能的简单置换反应模型，我们检验了上述两种方法用来预测反应平衡产物的效率和应用范围。T-REMD方法对具有适度活化能(约< 20 kcal·mol^-1)或者反应能量(< 3 kcal·mol^-1)的放热反应是有效的。由于在相空间的不完整采样，对于同时具有高活化能和反应能量的反应其模拟效率有严重障碍，并且对于吸热反应问题更为显着。另一方面，H-REMD对一系列具有不同活化能的反应能的模型表现出色，与T-REMD相比，H-REMD可以使用更少的副本获得优异的结果。

电化学方波伏安及循环伏安测量表明，钙钛矿CH₃NH₃PbI₃晶体在有机电解质中的氧化还原过程伴随着化学降解。该化学降解源于CH₃NH₃PbI₃晶体中铅离子的还原以及碘离子的氧化。通过电化学伏安法可以测定晶体的能带。

有机太阳能电池(OPV)，具有质量轻、可成本低制备等优势，是一种具有实际应用潜力的光伏技术。有机太阳能电池活性层可以由共轭聚合物或溶液可加工的小分子材料(给体与受体)共混组成。由于小分子材料具有明确的分子结构，纯度可控及无批次差别影响的特点；并结合近年来非富勒烯小分子受体的快速发展，使得非富勒烯全小分子(NF-SM-OPV)电池研究受到广泛关注。由于大部分A-D-A型非富勒烯受体分子具有各向异性的特点，这使激子解离和电荷传输，很大程度上受分子间堆积方式的影响，导致非富勒烯全小分子电池活性层形貌调控更加复杂。虽然非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子材料的双重优势，但高效率非富勒烯小分子太阳能电池的制备，仍具有很大挑战。因此，本文总结近年来高性能非富勒烯小分子太阳能电池的相关进展。着重介绍针对非富勒烯受体的给体小分子材料设计工作，并在此基础上近一步讨论非富勒烯小分子太阳能电池面临的挑战与展望。

因为导电高分子结合了金属与塑料的优点，他们一直受到很大的关注。但是他们的应用受到一些因素的影响，包括他们的电学性质，稳定性和可加工性。近来，导电高分子的性能得到很大的提高。他们在许多领域的重要应用被论证，比如透明电极，可拉伸电极，神经界面，热电转换和能量储存。这篇文章简单综述了导电高分子的电导提高和它们在热电转换，超级电容器和电池的应用。

有机-无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)从2009年低于5%的能量转换效率到现在经过认证的超过22%的效率，成为科研热点和最有希望商业化的新型太阳能电池。在高性能的PSCs中，空穴传输材料是关键的一环，起到从钙钛矿活性层材料到对电极有效抽取和传输空穴的作用。本文在现有研究成果的基础上，对有机分子空穴传输材料在PSC中的应用进行总结，并强调分子材料结构对PSC器件性能(效率和稳定性)的影响。

有机太阳能电池具有成本低廉、质量轻、柔性可折叠以及可以大面积印刷等优点，受到广泛关注。但与无机太阳能电池相比，其能量损失较高。在有机光伏分子中引入氟原子是一种有效提高器件性能的分子设计策略。本文从氟原子特点出发，总结了氟化给体、π桥和受体单元对分子能级调控和形貌优化的作用，阐明了氟原子降低能量损失的内在原因；并通过代表性分子设计实例，简要阐述了氟化策略在高效聚合物给体材料、高效可溶性小分子给体材料以及高效非富勒烯受体材料中的应用；最后，对氟化策略的应用进行了总结，并展望了未来的研究方向。

碳量子点(CQDs)作为一种新型荧光碳纳米材料，由于其较高的电子迁移率、较长的热电子寿命、极快的电子取出速度，可调的带隙宽度、较强的稳态荧光等独特的光电性质和可溶液加工、成本低廉的特点，使得CQDs在光电器件领域具有广阔的应用前景，近年来受到人们的广泛关注，重要的研究成果不断涌现。本文首先简要介绍了CQDs的合成方法、化学结构及其光电性质，然后总结了CQDs在发光二极管(LEDs)、太阳能电池(SCs)和光电探测器(PDs)等光电器件领域的研究进展，最后对CQDs的发展方向进行了展望。

在p-i-n型的钙钛矿太阳能电池中，聚3, 4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为最常用的空穴传输层(HTL)材料之一，由于其存在着吸湿性强以及能级与钙钛矿层不匹配等缺点，限制了它的应用。基于此，本文拟采用将左旋多巴(DOPA)和N, N-二甲基亚砜(DMSO)共同掺杂于PEDOT:PSS作为HTL的简单方法制备高性能p-i-n型钙钛矿太阳能电池。研究结果表明，DOPA和DMSO共掺杂PEDOT:PSS可以有效的调节HTL的能级并提高其导电性，器件的能量转化效率由13.35%显著提高到了17.54%。进一步研究发现，相比于未掺杂或单一掺杂的PEDOT:PSS，在DOPA和DMSO共掺杂的PEDOT:PSS上更有利于生长大尺寸、高结晶度的钙钛矿晶体；同时稳态/瞬态荧光和交流阻抗测试表明器件的内部载流子分离和传输更加有效。