納米人編輯部對2019年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是中國科學院院士、俄羅斯科學院外籍院士、亞太材料科學院院士、東盟工程與技術科學院外籍院士、巴基斯坦科學院外籍院士、西北工業大學常務副校長黃維教授課題組。
黃維院士黃維院士是國際上最早從事聚合物發光二極管顯示研究并長期活躍在有機光電子學、柔性電子學領域的知名學者之一。在構建有機光電子學科的理論體系框架、實現有機半導體的高性能化與多功能化、推進科技成果轉化與戰略性新興產業方面做了大量富有開拓性、創新性和系統性的研究工作，是中國有機光電子、柔性電子學科的奠基人與開拓者。
我們簡要總結了黃維院士團隊2019年的部分重要研究成果，供大家交流學習。
1）本文僅限于黃維院士作為通訊作者的論文（不包括序言、短篇評述等），以online時間為準。
2）由于學術水平有限，所選文章及其表述如有不當，敬請批評指正。
以下篇幅分為3個方面展開：
PartⅠ 鈣鈦礦光電器件（鈣鈦礦LED&鈣鈦礦PSC）
PartⅡ 有機材料
Part Ⅲ 其他
PartⅠ鈣鈦礦光電器件（鈣鈦礦PSC&鈣鈦礦LED）
1. 室溫熔融鹽，在空氣中獲得高效穩定鈣鈦礦太陽能電池|Chem
有機-無機雜化鈣鈦礦因其在光伏領域的潛在用途而受到廣泛關注。然而，溶劑處理問題和毒理學問題是溶液加工鈣鈦礦薄膜的主要挑戰。
黃維、陳永華等人將環境和工業友好的室溫熔鹽（RTMS）-醋酸甲基銨（MAAc）引入到鈣鈦礦前驅體，可實現在環境空氣中獲得高質量的鈣鈦礦薄膜，制備的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率可達20 ％，穩定性超過1,000小時。這項研究進一步推進了高效穩定的PSC朝環境友好的方向發展。
Chen, Y. Huang, W. et al. Room-TemperatureMolten Salt for Facile Fabrication of Efficient and Stable Perovskite SolarCells in Ambient Air. Chem, 2019.
DOI: 10.1016/j.chempr.2019.02.025
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.02.025
2. 最高效率Sn基2DRP鈣鈦礦太陽能電池|ACS Energy Lett.
2D Ruddlesden-Popper（2DRP）錫（Sn）基鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其低毒性和改善的穩定性在推進鈣鈦礦基光伏器件的商業化方面發揮著不可替代的作用。然而，由于不完全取向的晶體生長和較差的薄膜形貌，2DRP Sn基PSC的效率沒有取得突破，這受到復雜和不可控結晶過程的限制。
黃維、陳永華等人在2DRP Sn基鈣鈦礦中引入混合間隔有機陽離子[正丁胺（BA）和苯乙胺（PEA）]來控制結晶過程。研究發現當BA +和PEA +共同形成[（BA0.5PEA0.5）2FA3Sn4I13] 2DRP鈣鈦礦時，可有效抑制了阻礙晶體均勻有序成核的中間相，從而實現了高質量的薄膜形貌。并改善了晶體取向。受益于該發現，器件的功率轉換效率（PCE）提高到8.82％，這是目前2DRPSn基PSC中的最高效率。
Chen, Y. Huang, W. et al. 2D IntermediateSuppression for Efficient Ruddlesden-Popper (RP) Phase Lead-Free PerovskiteSolar Cells. ACS Energy Lett. 2019.
DOI:10.1021/acsenergylett.9b00954
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b00954
3. 有機VOx原位構建梯度異質結以高效穩定鈣鈦礦太陽能電池|Nano Energy
黃維、WenzhenLv、Runfeng Chen等人通過低溫退火原位構建了基于PEDOT：PSS/ PEDOT：PSS-VOx的梯度異質結（GHJ），并將其用作倒置鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的HTL。通過在旋涂過程中將少量三異丙氧基釩氧化物異丙醇溶液摻入PEDOT：PSS溶液中而制造的這種GHJ結構可以有效地促進電荷分離并提高電荷提取效率，從而在使得PSC的Voc達1.02 V，并且效率（PCE）升到18.0％。與PEDOT：PSS層相比，PEDOT：PSS-VOx疏水性更高，表面酸度更低，基于GHJ的PSC表現出出色的長期穩定性。該研究為構建高效且穩定的倒置PSC的GHJ提供了重要指導。
Huang, W. Lv, W. Chen, R. et al. In situConstruction of Gradient Heterojunction using Organic VOx Precursor forEfficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells. Nano Energy, 2019.
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104244
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309516
4. 21.6%！高性能近紅外鈣鈦礦發光二極管|Nat.Photonics
溶液處理的鈣鈦礦發光二極管(LED)的主要效率極限是陷阱介導的非輻射損耗。使用有機分子的缺陷鈍化已被確定為解決該問題的有吸引力的方法。然而，由于缺乏對分子結構如何影響鈍化效果的深刻理解，這種方法的實施受到阻礙。到目前為止，研究人員很大程度上忽略了氫鍵在影響鈍化方面起著關鍵作用。
Li-Min Liu, 黃維、FengGao等人通過弱化鈍化功能部分與鈣鈦礦中特有的有機陽離子之間的氫鍵，顯著增強了與缺陷位點的相互作用并使非輻射復合損失最小化。因此，實驗實現了極高性能的近紅外鈣鈦礦LED，其外部量子效率達到創紀錄的21.6％。此外，鈍化的鈣鈦礦LED在200mA cm-2的高電流密度下保持20.1％的高外部量子效率，使其比最有效的有機物更具吸引力。
Liu, L. M. Huang, W. Gao, F. et al. Rationalmolecularpassivation for high-performance perovskite light-emitting diodes. Nat.Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0390-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0390-x
5.具有高能量轉換效率、穩定且明亮的甲脒基鈣鈦礦發光二極管|Nat. Commun.
可溶液加工的鈣鈦礦顯示出高發射性和良好的電荷傳輸性，使其對具有高能量轉換效率的低成本發光二極管（LED）具有吸引力。盡管器件的效率得到了很大的提高，但鈣鈦礦LED的穩定性仍然是其面向商業化的主要障礙。黃維、王建浦等人通過優化甲脒碘化鉛薄膜，制備了具有高能量轉換效率的穩定且明亮的鈣鈦礦LED。
該LED顯示出10.7％的能量轉換效率，并通過控制前驅體溶液的濃度，外部量子效率達到14.2％而沒有外耦合增強。該器件在300 mA cm-2的電流密度下顯示出低效率滾降，即8.3％的能量轉換效率和14.0％的外部量子效率，使該器件比在高電流密度的最先進的有機和量子點LED更高效。此外，在100 mA cm-2的電流密度下，具有芐胺處理的器件的半衰期為23.7 h，與近紅外有機LED的壽命相當。
Huang, W. Wang, J. et al. Stable and brightformamidinium-based perovskite light-emitting diodes with high energyconversion efficiency. Nat. Commun. 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-11567-1
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11567-1
6.高性能MQW鈣鈦礦發光二極管|AM綜述
基于溶液處理的金屬鹵化物鈣鈦礦的發光二極管（LED）在節能照明和顯示器中顯示出巨大的應用潛力。多量子阱（MQW）鈣鈦礦同時具有高的光致發光量子效率和良好的薄膜形貌和穩定性，使其對高性能鈣鈦礦LED具有高的吸引力。
王娜娜、黃維、王建浦回顧了MQW鈣鈦礦的優點以及MQW鈣鈦礦LED的進展，深入討論了鈣鈦礦LED所面對的挑戰以及未來研究發展方向。該篇綜述為未來高效穩定的MQW鈣鈦礦LED提供了重要的指導！
Wang, N. Huang, W. Wang, J et al. Multiple‐Quantum‐WellPerovskites for High‐Performance Light‐Emitting Diodes. AM 2019.
DOI: 10.1002/adma.201904163
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201904163
Part Ⅱ 有機材料
7. 顏色可調的超長有機磷光體！|Nat.Photonics
在可見光譜中表現出長壽命、持久發光的材料在顯示器，信息加密和生物成像等領域具有具有廣泛的應用前景。有鑒于此，黃維、安眾福、劉小鋼等人報道了幾種顏色可調的超長有機磷光體，為開發具有動態控制磷光的智能發光材料和傳感器提供了行之有效的途經。
An, Z. Liu, X. Huang, W. et al. Colour-tunableultra-longorganic phosphorescence of a single-component molecular crystal.Nat. Photonics 2019.
DOI:10.1038/s41566-019-0408-4
https://doi.org/10.1038/s41566-019-0408-4
8. 有機材料的刺激響應系統間交叉可逆切換功能用于智能光動力治療|Angew
具有刺激響應的系統間交叉可逆切換(ISC)功能的光敏劑(PSs)在智能光動力治療(PDT)中具有廣闊的應用前景，但如何實現這一目標仍是一個巨大的難題。范曲立、黃維、Paras N. Prasad等人提出了一種在新的PSs中實現ISC可逆切換的策略，該PSs具有刺激引發的共軛主鏈扭轉功能。
研究也利用包括飛秒瞬態吸收光譜和量子化學計算等實驗證明了其ISC效率(ФISC)有顯著提高（從近0到90%）,即通過增加扭曲的程度可以提高有機材料的ФISC。因此，該光敏劑有望被用于智能PDT，即利用pH誘導的可逆扭轉使得ISC最大化，而只有在病理條件(如pH、乏氧或酶)的刺激下才會產生強的光動力作用。而當PSs從病理區域轉移或被代謝時，ISC過程會被關閉從而使PDT的功能失活。
Fan, Q. Huang, W. Prasad, P. N. et al. StimuliResponsive Reversible Switching of Intersystem Crossing in Pure OrganicMaterial for Smart Photodynamic Therapy. Angew. 2019.
DOI: 10.1002/anie.201905129
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201905129
9. 混合型羅丹明熒光團用于可見光-近紅外區的生物成像|Angew綜述
熒光團和探針對于研究復雜生命系統中基因表達、蛋白質表達和分子相互作用的位置以及動力學來說是非常有用的。羅丹明染料常被用作生物標記和熒光成像。迄今為止，它們的吸收光譜和發射光譜已擴展到整個近紅外區域(650-950 nm)，為實時監測生物分子的產生、轉運和定位提供了非常合適的光學窗口。
李林、黃維等人綜述了熒光團從被發現以來至今的研究進展，并提出了調節熒光團的吸收和發射光譜以產生特定的紅移轉變的策略；解釋了如何從混合型羅丹明染料中獲得更大的斯托克斯位移和雙發射的途徑；提出根據酰胺基的烷基化、氧雜蒽中氧的取代和與其他熒光基團的雜化等結構特征來將這些混合型熒光團進行分類的方法。
Li, L. Huang, W. et al. Hybrid Rhodamine Fluorophores in theVisible–NIR Region for Biological Imaging. Angew. 2019.
DOI: 10.1002/anie.201901061
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201901061
10. 在聚合物中實現長壽命的有機室溫磷光|Nat.Commun.
有機電子和光子學中，常溫室溫磷光（LRTP）是一種極具吸引力的光學現象。盡管進展迅速，但研究在無定形聚合物中獲得LRTP的通用方法仍然是一項艱巨的挑戰。基于傳統的聚乙烯衍生物，黃維、安眾福等人提出了一種簡便有效的化學策略，通過離子鍵交聯在聚合物中實現超長磷光。
在環境條件下，無定形聚合物的LRTP壽命達到2.1秒。此外，通過調節單組分聚合物材料中的激發波長，可以獲得多色長壽命磷光發射。這些結果概述了用LRTP構建聚合物材料的基本原理，賦予傳統聚合物新的特征以用于潛在的應用。
Huang, W. An, Z. et al. Enabling long-livedorganic room temperature phosphorescence in polymers by subunit interlocking. Nat. Commun. 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-11749-x
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11749-x
Part Ⅲ 其他
11. 設計用于胞內遞送蛋白的納米載體|AM綜述
與小分子藥物相比，利用蛋白質或抗體進行的療法可以在極低的濃度下也保持高特異性和高活性，但它也存在著結構脆弱、分子尺寸大和膜穿透性差等缺點。而為了這些問題，各種用于負載蛋白質的納米載體，如脂質納米膠囊，聚合物納米顆粒，無機納米顆粒和多肽等都被開發出來。
ShaoQ. Yao、Lin Li、黃維綜述了不同的胞內遞送蛋白質的策略；對設計路線、作用機制和治療方法進行了詳細討論；最后對這一領域的發展前景進行了展望。
Xiaofei Qin, Shao Q. Yao, Wei Huang. et al. Rational Design of Nanocarriers for Intracellular ProteinDelivery. AM 2019
DOI: 10.1002/adma.201902791
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902791
12. 基于原子級PbI2晶體的界面半導體能帶結構工程|AM
黃維、WangLin等人通過低溫溶液方法，合成出了尺寸大、形狀規則、不同厚度和高產率的PbI2晶體。并將PbI2晶體與幾種過渡金屬二硫化物單層結合組裝。MoS2的光致發光在MoS2/PbI2疊層中得到增強，而在WS2/PbI2和WSe2/PbI2疊層中，WS2和WSe2的表現出了明顯的光致發光猝滅。
這歸因于PbI2與這些單層之間的有效異質結形成;在MoS2/PbI2疊層中的I型帶匹配，其中快速轉移的電荷載流子在MoS2中以高發射效率累積，導致光致發光增強，并且在WS2/PbI2和WSe2/PbI2疊層中具有II型，分離的電子和空穴被光捕獲，導致光致發光猝滅。結果表明，具有相似電子結構的MoS2，WS2和WSe2單層在與PbI2接觸時顯示出完全不同的光-物質相互作用，該研究為設計2D異質結構的器件性能提供了新途徑。
Wang, L. Huang, W. et al. Band StructureEngineering of Interfacial Semiconductors Based on Atomically Thin Lead IodideCrystals. AM 2019.
DOI:10.1002/adma.201806562.
https://doi.org/10.1002/adma.201806562
13. 空腔與殼層可調控的異質TiO2微球提升振實密度與贗電容鈉離子存儲|AM
具有獨特納米結構的插入型陽極材料在電化學金屬離子存儲方面具有廣闊的應用前景。黃維、于霆、張華等人設計制備了具有可調內部和外殼的異質結構TiO2納米球，從而增強了贗電容響應，并表現出良好的Na+存儲動力學和性能。
此外，在外部殼層中設計合理的納米片也可以減少分層結構產生的多余空間，從而提高TiO2碎片的堆積密度，利用密度泛函理論對TiO2晶體中鈉離子的插入和擴散進行了詳細的計算，進一步證明了表面可控的贗電容性鈉離子存儲機制的重要性。該研究對制備高速率、高體積能密度的電極材料有一定的指導意義。
Zhang, H. Huang, W. Yu, T. HeterostructuredTiO2 Spheres with Tunable Interiors and Shells toward ImprovedPacking Density and Pseudocapacitive Sodium Storage. AM 2019.
DOI: 10.1002/adma.201904589
https://doi.org/10.1002/adma.201904589
14.“識別后標記”探針，用于caspase-3的檢測及成像|JACS
用發光能量供體/受體對在生物底物上進行雙標記，可設計探針，此探針可提供FRET讀數以檢測相互作用對象。然而，共價結合的發光體會產生空間位阻和非特異性相互作用，這可能會擾亂生物識別。在此，黃維、趙強、Kenneth Yin Zhang等人設計了一種高靈敏度和特異性的“識別后標記”傳感方法，其中發光體標記發生在生物識別之后。以切割酶caspase-3為例，其中四肽基序Asp-Glu-Val-Asp(DEVD)為可切割底物，銥(Ⅲ)絡合物和羅丹明衍生物為能量供體/受體對，研究了caspase-3在溶液和凋亡細胞中的催化活性。
在DEVD四肽的氨基和羧基末端分別修飾了疊氮化物和GK-降冰片烯，通過兩個獨立的無催化生物正交反應實現了供體/受體的雙標記。由于羅丹明衍生物的胞內FRET，銥(Ⅲ)絡合物的磷光壽命在雙標記時被猝滅，并且短肽被caspase-3催化裂解時其磷光壽命顯著延長。有趣的是，在“識別后標記”傳感方法中，壽命響應的靈敏度和效率要高得多。分子對接分析表明，空間位阻和非特異性相互作用部分抑制了caspase-3對DEVD底物的生物識別。光致發光壽命成像顯微鏡顯示了caspase-3在凋亡細胞中的催化活性。壽命分析不僅證實了細胞內生物正交雙標記和催化裂解的發生，而且還能顯示了兩個動態過程發生的程度。
Huang, W. Zhao, Q. Zhang, K. Y. et al.Bioorthogonal “Labeling after Recognition” Bioorthogonal “Labeling afterRecognition” Affording an FRET-Based Luminescent Probe for Detecting andImaging Caspase-3 via Photoluminescence Lifetime Imaging. JACS2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b12191
https://doi.org/10.1021/jacs.9b12191
15. 逐步暴露二維納米片的有效活性面以增強贗電容響應和鈉存儲|AM
亞硫酸（IV）錫（SnS2）是一種典型的六方晶胞層狀材料，基于轉化和合金化過程，具有1136 mAh g-1的高理論容量（鈉電）。黃維、TingYu等人采用了一系列可控程序，導致三種SnS2納米片分別呈現“更薄”和“更小”的3D形狀演變，逐漸暴露（001）和（100）面。
研究人員自主研發的一種氮磷共摻雜多孔碳（NPC）作為SnS2納米片負載骨架，用于增強負極電導率和電極穩定性，具有完全暴露活性面的SnS2納米片顯示出最佳的Na+儲存性能。此外，當逐步暴露SnS2納米片的不同活性面時，Na+儲存動力學顯示出不同的調節，產生不同程度的贗電容響應和倍率性能的改善。通過DFT計算了SnS2晶體結構中Na儲存和擴散的理論情況，證明不同暴露面具有不同的Na+儲存動力學。
Huang, W. Yu, T.Progressively Exposing Active Facets of 2D Nanosheets toward EnhancedPseudocapacitive Response and High‐Rate Sodium Storage. AM 2019.
DOI: 10.1002/adma.201900526
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900526
黃維院士簡介
黃維，有機電子學與柔性電子學專家。
他曾獲國家自然科學獎二等獎、何梁何利基金科學與技術進步獎、教育部自然科學優秀成果獎一等獎、江蘇省科學技術獎一等獎等科技獎勵，入選“中國高等學校十大科技進展”等。以第一或通訊作者身份在Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Materials等主流學術期刊發表一系列高水平代表性研究論文，國際同行引用逾30000余次。獲美國、新加坡和中國發明專利授權200余項，出版了《有機電子學》、《生物光電子學》等學術專著。
