研究背景：

在有机太阳能电池的实验室制备中，水和氧通常被视为需要严格规避的环境因素，器件制备普遍依赖无水无氧条件，以避免溶解性下降、相分离失控或性能衰减。然而，这种经验性回避策略虽保障了工艺的可控性，却也无形中将水固定为“绝对负面因素”，局限了对水在物理化学作用上的深入理解。在多组分有机活性层中，分子间弱相互作用、溶剂化效应与成膜动力学彼此间高度影响，简单将水视为不利杂质，可能掩盖其潜在的结构调控功能。

文章概述：

近日，延边大学孙光延团队联合复旦大学徐昕教授并未继续在隔绝水分子上投入更多努力，而是转而提出一个不同的研究思路：能否直面并利用水分子本身的相互作用特性？研究团队从分子尺度重新审视水分子在有机活性层形成过程中的作用，结合多尺度模拟技术，突破了传统认知中“水分子不利于器件制备”的固有观念，系统研究了水分子在成膜过程中的作用机理，推动形貌调控研究由经验探索向机制驱动转变。

图文导读：

图1.分子动力学模拟对比不同溶剂环境下成膜过程中形貌演化及水（H₂O）环境下动态氢键网络的形成

图2.纯水环境下氢键相互作用的定量分析揭示连续氢键网络的形成机制

图3.共溶剂策略下，微量水介导的动态氢键网络重塑成膜过程，并推动级联模型向类合金形貌转变

研究结论：

研究结果显示，水分子具有双重氢键给体和受体能力，能够在溶剂挥发过程中形成动态、连续的氢键网络，从而引导第三组分向给体富集区域迁移，并稳定形成均匀、互穿程度大的类合金形貌。相比之下，仅具有单一氢键给体能力的乙醇等溶剂难以形成有效网络，难以实现类似的形貌调控效果。相关机制不仅适用于富勒烯体系，也在多种非富勒烯三元共混体系中得到验证，显示出良好的通用性。为提升实验制备可行性，研究团队提出共溶剂策略，在水与氯仿体积比约为0.06:1的条件下，保证溶解性和加工稳定性的同时可实现目标形貌结构。

该成果重新认识了水在有机电子材料制备中的作用，将其由传统认知中的不利因素转变为可利用的功能性调控手段，为有机太阳能电池及相关功能材料的形貌设计提供了新的研究范式。更重要的是，这一工作从根本上改变了领域内对“水”的角色认知，使其由必须清除的工艺干扰项转变为可被精准利用的结构调控因子，为绿色、简化的器件制备路径提供了新的可能。

论文信息：

Hydrogen-Bonding Networks Enabled by Trace Water for Morphological Design in Ternary Organic Solar Cells

Yue Ren, Ming-Yue Sui, Yun Geng, Rui-Cheng Qin, Ming-Yang Li*, Guang-Yan Sun*, Xin Xu*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202517146

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202517146

期刊介绍：

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