近日，泰山学堂2020级化学取向学生、步宇翔教授团队成员王方坤在单线态裂分（singlet fission，SF）研究领域取得了新进展。该研究成果以“A Ground-State Dual-Descriptor Strategy for Screening Efficient Singlet Fission Systems”为题，发表于国际权威期刊J. Phys. Chem. Lett. (J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 32, 7198-7207. DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c01554)。文章通讯作者为化学与化工学院教授步宇翔，第一作者为泰山学堂2020级本科生王方坤，山东大学为唯一通讯作者单位。
单线态裂分可以将一个高能量的单线态激子转换成两个低能量的三线态激子，从而实现光子的下转换，在克服Shockley-Queisser效率极限（~33%），提高有机太阳能电池的光电转化效率方面具有潜在的应用价值，近年来受到了研究人员的广泛关注。然而，由于热力学要求的限制，具有单线态裂分能力的有机材料十分有限。目前，研究人员主要通过杂原子掺杂等方式调控分子的单线态裂分性能，但掺杂范式的缺乏以及激发态计算的高耗时等问题阻碍了单线态裂分材料的高效设计与大规模筛选。
作者首次提出了一种基态双描述符策略，通过前线分子轨道能隙（GapHL）和交换能量（KHL）来预测分子的激发态能量学（ΔESF）性质。基于这一策略，团队研究了不同类型氮掺杂对并四苯及其异构体电子/能量学特征的影响，通过统计结果和实验数据对比证实了该策略的可靠性并阐释其物理意义，同时提出了一些杂原子掺杂的经验规律。这项工作从分子的基态特性深入研究SF能量学，在探索高效SF材料方面具有一定的潜力和普适性，为实验研究和实际应用提供重要信息和理论指导。
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文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c01554
