本课题组研究方向聚焦于有机光电材料与器件、功能软物质凝胶以及有机液流电池。

（1）有机光电材料与器件

     本课题组关于有机光电材料与器件的研究重点在于基于有机共轭聚合物、胶体半导体纳米晶和有机-无机杂化钙钛矿的新型太阳电池和电致发光二极管。这些器件具有相似的器件结构、相通的工作原理、可通用的界面材料和可通用的仪器设备，因此存在一些共性的科学问题。从材料的角度，主要研究材料的微结构、电子态、载流子和激子的动力学特性及其相互作用，从器件的角度，主要研究界面调控过程中的动力学过程及界面结构和性能调控机理。

图1. 有机光电材料与器件

      以共轭聚合物、半导体纳米晶、钙钛矿等为代表的新型光电材料与器件已形成一个由化学、材料科学、物理科学等诸多学科相互交叉的新兴研究领域，在能源的高效转换和利用中展现出重要的应用前景。光电器件的性能除了受制于活性材料本身的性能之外，还严重依赖于器件中关键界面的结构和特性。薄膜太阳电池和电致发光二极管是光电器件中最为重要的两类器件。它们具有相似的器件结构、相通的工作原理、通用的界面材料和兼容的制备工艺，因此这两类器件存在很多共性的关键科学问题，如图2所示。

图2. 发光二极管和薄膜太阳电池中的电极界面特性与光电性能之间的关系

        然而，对于有机光电器件中电极界面性能调控的研究仍处于基础研究阶段，还有许多重大的科学问题亟待解决。因此，从界面科学与工程的角度，围绕有机光电器件中关键界面的基础科学问题和性能调控进行研究，将有助于深入理解界面修饰层的特性与器件性能及长期稳定性的关系，有助于新型器件的开发，加速实现有机光电器件的实际应用，如图3所示。

图3. 实现稳定高效薄膜太阳电池和发光二极管的策略

（2）功能软物质凝胶

 水凝胶作为一种新兴的柔性材料，因具有良好的粘弹性、透明性、生物相容性以及高度可调的物理化学性质和形貌结构，在诸多领域展现出了巨大应用潜能，如细胞治疗、生物传感器、组织工程等生物医学领域以及柔性电子和水凝胶智能窗等工程建筑领域。由于不同领域特殊的使用要求，需对其力学性能、生物相容性和功能化等进行设计调控，以满足实际应用的需求。

课题组主要围绕功能水凝胶材料在可持续性能源、建筑安全和水资源领域进行了广泛研究。聚焦自愈合性能、稳定性能、发光性能、导电性能以及机械性能等，通过化学调控水凝胶材料的结构和物理化学性质，开发了一系列多功能水凝胶材料。

（3）有机液流电池

有机液流电池（ORFB）是一种新型大容量电化学储能装置（见图1），活性物质是电池内部流动的电解质溶液，最显著的特点是可以规模化蓄电。氧化还原活性物质是液流电池能源转化的载体,也是液流电池中最核心的部分，传统液流电池使用无机材料作为活性物质，无机材料成本高,资源有限等缺点限制了液流电池的大规模应用。因此，我们致力于开发高电化学活性、高经济价值、广泛可用性和低环境影响的有机氧化还原活性物质。目前有机液流电池走向实际应用仍面临许多问题和挑战，如：（1）提高活性材料的溶解度以达到高能量密度；（2）提高活性材料稳定性以增长ORFB循环寿命；（3）开发无交叉膜使有机RFB为活性材料提供无限长的循环；（4）对给定ORFB进行系统的材料和系统优化以提高效率。具体见图2。围绕这些方面进行深入研究，有助于逐步提高有机液流电池整体性能，加快有机液流电池的规模化应用。