化学修饰虾青素衍生物：生物基光伏供体材料的创新设计与性能突破

（编辑推荐）本研究开创性地通过化学修饰天然虾青素（astacene）合成二喹喔啉并β-胡萝卜烯（DQC）及其卤化衍生物，构建了首例基于类胡萝卜素（carotenoid）的生物基有机光伏（OPV）活性材料体系。氟/氯取代策略显著提升器件开路电压（VOC）和短路电流密度（JSC），使双卤化2F2ClDQC的能量转换效率（PCE）较天然虾青素提高三个数量级（0.12% vs 0.0005%），为可持续光伏材料开发提供新范式。

　　

亮点

• 首次实现天然虾青素向高效光伏供体的定向改造

• 卤素取代精准调控HOMO/LUMO能级（-5.21/-3.42 eV）

• 双卤化分子使器件效率较天然原料提升240倍

材料与表征

所有化学试剂购自国药集团、毕得医药等供应商，PEDOT:PSS（Clevios PVPAI4083）购自贺利氏公司，受体材料BTP-eC9和PDINN由Solarmer公司提供。¹H/¹³C核磁共振（NMR）和基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOF）由合作实验室完成测试。

合成与化学结构

通过生物源角黄素（canthaxanthin）的氧化反应制备虾青素，随后与邻苯二胺衍生物缩合获得DQC及其卤化变体。非对称卤化衍生物（如2F2ClDQC）展现出独特的分子堆积行为，其晶体结构中卤素原子诱导的S型构象有效增强了电荷传输各向异性。

结论

本研究证实类胡萝卜素终端基团工程可显著改善其光电性能：氟化提升电压（+18% V_OC），氯化增加电流（+32% J_SC）。尽管效率（0.12%）尚低于传统非生物材料，但为开发环境友好型光伏器件开辟了新途径。