國家自然基金申請(qǐng)書格式申請(qǐng)書一：

尊敬的國家自然科學(xué)基金委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)：

在當(dāng)前中國科技創(chuàng)新蓬勃發(fā)展的時(shí)代背景下，基礎(chǔ)研究作為科技創(chuàng)新的源頭和動(dòng)力，對(duì)于推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展、提升國家核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。我懷著對(duì)科學(xué)事業(yè)的無限熱愛和對(duì)國家自然基金項(xiàng)目的崇高敬意，鄭重提交這份申請(qǐng)書，懇請(qǐng)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我的研究項(xiàng)目予以立項(xiàng)支持。

###一、申請(qǐng)內(nèi)容

本次申請(qǐng)的項(xiàng)目名稱為“基于的多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的復(fù)雜系統(tǒng)建模與預(yù)測(cè)研究”，屬于自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在通過整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建智能化、高精度的復(fù)雜系統(tǒng)模型，為解決能源、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重大科學(xué)問題提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。項(xiàng)目研究周期為三年，總投資額度為80萬元，主要圍繞以下幾個(gè)方面展開：

1.**多模態(tài)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理技術(shù)**：開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的多源數(shù)據(jù)融合算法，實(shí)現(xiàn)時(shí)空、文本、圖像等多種數(shù)據(jù)類型的協(xié)同分析。

2.**復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模**：結(jié)合非線性科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)理論，構(gòu)建能夠反映系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律的多尺度耦合模型。

3.**預(yù)測(cè)性分析與應(yīng)用驗(yàn)證**：針對(duì)典型復(fù)雜系統(tǒng)（如氣候變化、疾病傳播等），進(jìn)行長(zhǎng)期預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，驗(yàn)證模型的實(shí)用價(jià)值。

4.**跨學(xué)科交叉研究**：聯(lián)合數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的專家，推動(dòng)多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新。

###二、申請(qǐng)?jiān)?/p>

####（一）項(xiàng)目研究的必要性與緊迫性

當(dāng)前，全球氣候變化、公共衛(wèi)生危機(jī)、資源可持續(xù)利用等復(fù)雜問題日益突出，這些問題的解決依賴于對(duì)系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)理的深刻理解和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。然而，傳統(tǒng)研究方法往往局限于單一數(shù)據(jù)源或簡(jiǎn)化模型，難以全面反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。技術(shù)的快速發(fā)展為復(fù)雜系統(tǒng)研究提供了新的工具，但如何有效融合多模態(tài)數(shù)據(jù)、構(gòu)建智能化模型，仍是亟待突破的瓶頸。

本項(xiàng)目的研究意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.**理論創(chuàng)新價(jià)值**：通過多模態(tài)數(shù)據(jù)融合和智能建模，探索復(fù)雜系統(tǒng)從“數(shù)據(jù)”到“知識(shí)”的轉(zhuǎn)化機(jī)制，為非線性科學(xué)和理論發(fā)展提供新視角。

2.**社會(huì)應(yīng)用價(jià)值**：研究成果可直接應(yīng)用于氣候變化監(jiān)測(cè)、疾病防控、資源管理等領(lǐng)域，為政府決策提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

3.**學(xué)科交叉價(jià)值**：項(xiàng)目涉及數(shù)據(jù)科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，有助于打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)交叉融合研究，培養(yǎng)復(fù)合型科研人才。

####（二）個(gè)人研究基礎(chǔ)與團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)

本人長(zhǎng)期從事復(fù)雜系統(tǒng)建模與數(shù)據(jù)分析研究，在多源數(shù)據(jù)融合、機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。近年來，主持完成省部級(jí)科研項(xiàng)目3項(xiàng)，發(fā)表SCI論文10余篇，其中在《NatureCommunications》《ScienceAdvances》等國際頂級(jí)期刊發(fā)表論文5篇，相關(guān)成果獲2019年度中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由來自國內(nèi)多所高校和科研院所的20名科研人員組成，涵蓋數(shù)據(jù)科學(xué)、生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的專家，具備較強(qiáng)的跨學(xué)科研究能力。此外，團(tuán)隊(duì)已建成多模態(tài)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，擁有高性能計(jì)算資源，為項(xiàng)目實(shí)施提供有力保障。

####（三）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與本項(xiàng)目特色

國內(nèi)外學(xué)者在復(fù)雜系統(tǒng)建模領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，但現(xiàn)有研究多聚焦于單一數(shù)據(jù)類型或簡(jiǎn)化模型，缺乏對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性融合。例如，國外團(tuán)隊(duì)如麻省理工學(xué)院的S.Smolensky教授課題組，主要利用單一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析；國內(nèi)如清華大學(xué)李靜教授團(tuán)隊(duì)，初步探索了文本與時(shí)空數(shù)據(jù)的融合，但尚未形成完整的智能建模體系。

本項(xiàng)目區(qū)別于現(xiàn)有研究的特色在于：

1.**數(shù)據(jù)融合的全面性**：不僅整合數(shù)值型、文本型數(shù)據(jù)，還包括圖像、音頻等多模態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)更全面的系統(tǒng)表征。

2.**模型智能化的深度**：引入Transformer、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等前沿算法，提升模型對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化的捕捉能力。

3.**應(yīng)用場(chǎng)景的廣泛性**：針對(duì)能源、環(huán)境、生物等不同領(lǐng)域開展定制化研究，增強(qiáng)成果的普適性。

###三、決心和要求

####（一）研究決心與目標(biāo)

我深知國家自然基金項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)激烈，但本人對(duì)科研事業(yè)充滿熱情，有信心、有能力完成項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。在研究過程中，我將做到以下幾點(diǎn)：

1.**堅(jiān)持科學(xué)精神**：以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度推進(jìn)研究，確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、結(jié)論經(jīng)得起檢驗(yàn)。

2.**強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)**：不斷探索新的理論方法，力爭(zhēng)在多模態(tài)數(shù)據(jù)融合與智能建模方面取得突破性成果。

3.**注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作**：定期學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)跨學(xué)科合作，提高研究效率。

####（二）具體要求與保障措施

為保障項(xiàng)目順利實(shí)施，我提出以下要求：

1.**經(jīng)費(fèi)支持**：懇請(qǐng)國家自然基金提供80萬元項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，用于設(shè)備購置、數(shù)據(jù)采集、人員勞務(wù)等方面。

2.**資源協(xié)調(diào)**：希望基金會(huì)協(xié)助對(duì)接相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，推?dòng)產(chǎn)學(xué)研合作，擴(kuò)大項(xiàng)目影響力。

3.**成果推廣**：支持項(xiàng)目成果在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議、期刊發(fā)表，并積極參與政策咨詢，服務(wù)國家需求。

####（三）預(yù)期成果與社會(huì)效益

項(xiàng)目完成后，預(yù)計(jì)將取得以下成果：

1.**學(xué)術(shù)成果**：發(fā)表高水平論文15-20篇，其中SCI論文8篇以上，申請(qǐng)發(fā)明專利3-5項(xiàng)。

2.**人才培養(yǎng)**：培養(yǎng)博士研究生5名，碩士研究生10名，形成穩(wěn)定的研究梯隊(duì)。

3.**社會(huì)效益**：為能源效率提升、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控等提供決策支持，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。

###四、結(jié)尾

此致

敬禮

###五、落款

申請(qǐng)人：XXX（單位蓋章）

2023年10月15日

申請(qǐng)書二：

一、申請(qǐng)人基本信息

申請(qǐng)人姓名：張明

性別：男

出生年月：1985年6月

民族：漢族

面貌：中共員

學(xué)歷：博士

職稱：副教授

研究方向：計(jì)算化學(xué)與材料模擬

工作單位：中國科學(xué)院理論物理研究所

單位地址：北京市海淀區(qū)中關(guān)村南四街甲4號(hào)

聯(lián)系電話：（此處不填寫）

電子郵箱：（此處不填寫）

身份證號(hào)碼：（此處不填寫）

二、申請(qǐng)事項(xiàng)

本人張明，現(xiàn)任中國科學(xué)院理論物理研究所計(jì)算化學(xué)與材料模擬方向副教授，博士研究生導(dǎo)師。基于本人長(zhǎng)期在過渡金屬催化反應(yīng)機(jī)理、催化劑設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)方面的深入研究積累，以及對(duì)國家在新能源材料、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域戰(zhàn)略需求的深刻理解，特向國家自然科學(xué)基金委員會(huì)申請(qǐng)“基于第一性原理計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)的過渡金屬催化CO2轉(zhuǎn)化制高附加值化學(xué)品的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目（項(xiàng)目類別：面上項(xiàng)目），項(xiàng)目研究期限為三年（2024年1月-2026年12月），申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)80萬元人民幣。本項(xiàng)目旨在通過理論計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)方法的深度融合，揭示過渡金屬催化劑在CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的構(gòu)效關(guān)系，開發(fā)新型高效催化劑，為實(shí)現(xiàn)碳減排和資源可持續(xù)利用提供科學(xué)理論支撐。

三、事實(shí)與理由

（一）項(xiàng)目研究背景與意義

在全球氣候變化加劇和能源危機(jī)深化的背景下，CO2資源化利用已成為國際科技前沿和可持續(xù)發(fā)展的重要方向。將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品或燃料，不僅能夠緩解溫室氣體排放壓力，還能拓展碳資源利用途徑，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。然而，CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化過程涉及復(fù)雜的分子吸附、活化、偶聯(lián)等步驟，催化劑的結(jié)構(gòu)與性能對(duì)其催化效率起著決定性作用。目前，開發(fā)高效、低成本、高選擇性的CO2轉(zhuǎn)化催化劑仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.過渡金屬催化劑的結(jié)構(gòu)多樣性與反應(yīng)活性構(gòu)型復(fù)雜：過渡金屬元素具有豐富的電子層結(jié)構(gòu)和可變的氧化態(tài)，能夠形成多種幾何構(gòu)型和電子狀態(tài)的催化劑表面。這些多樣性導(dǎo)致催化劑與CO2之間的相互作用機(jī)制復(fù)雜多變，難以通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法系統(tǒng)研究。

2.催化反應(yīng)機(jī)理的多尺度性：CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)涉及原子、分子和介觀尺度上的多物理場(chǎng)耦合，需要同時(shí)考慮電子結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等多方面因素。單一的理論方法難以全面描述這一復(fù)雜過程。

3.實(shí)驗(yàn)篩選方法的局限性：傳統(tǒng)的催化劑篩選方法依賴大量試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，成本高、周期長(zhǎng)、效率低，難以滿足快速發(fā)展的材料科學(xué)需求。

因此，發(fā)展高效的催化劑設(shè)計(jì)理論與方法，對(duì)于推動(dòng)CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。近年來，第一性原理計(jì)算方法能夠從原子尺度精確預(yù)測(cè)催化劑的結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和反應(yīng)活性，而機(jī)器學(xué)習(xí)方法則能夠高效處理海量數(shù)據(jù)，揭示復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系。將兩者結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2轉(zhuǎn)化催化劑的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與理性認(rèn)識(shí)，為開發(fā)高效催化劑提供新途徑。

（二）申請(qǐng)人研究基礎(chǔ)與前期工作

本人自2008年博士畢業(yè)于北京大學(xué)理論化學(xué)專業(yè)后，一直從事計(jì)算化學(xué)與材料模擬方向的研究工作，重點(diǎn)聚焦于過渡金屬催化反應(yīng)機(jī)理與催化劑設(shè)計(jì)。在過去的15年里，本人在以下方面取得了系統(tǒng)性的研究成果：

1.催化機(jī)理的理論研究：利用密度泛函理論（DFT）等第一性原理計(jì)算方法，系統(tǒng)研究了多種過渡金屬（如Ni,Cu,Fe,Ru等）在CO還原、CO2加氫、CO2電催化等反應(yīng)中的催化機(jī)理。在《JACS》《AngewandteChemie》等國際頂級(jí)期刊發(fā)表論文30余篇，累計(jì)影響因子超過200，相關(guān)研究獲得2018年度中國自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

2.催化劑的理性設(shè)計(jì)：提出基于理論計(jì)算指導(dǎo)的催化劑設(shè)計(jì)策略，成功設(shè)計(jì)出多種新型高效催化劑。例如，設(shè)計(jì)的Cu基催化劑在CO2電催化制甲酸鹽反應(yīng)中，活性比傳統(tǒng)催化劑提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)；開發(fā)的Fe-N-C催化劑在CO2加氫制甲醇反應(yīng)中，選擇性與穩(wěn)定性均達(dá)到國際先進(jìn)水平。

3.機(jī)器學(xué)習(xí)方法的探索應(yīng)用：近年來，本人積極將機(jī)器學(xué)習(xí)方法引入催化研究，開發(fā)了基于力場(chǎng)和電子結(jié)構(gòu)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，用于催化劑活性位點(diǎn)識(shí)別和反應(yīng)路徑預(yù)測(cè)。相關(guān)成果發(fā)表于《NatureMachineIntelligence》，并申請(qǐng)了3項(xiàng)美國專利。

前期研究工作為本項(xiàng)目奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在：

-建立了完善的過渡金屬催化CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的理論計(jì)算模型，能夠精確預(yù)測(cè)反應(yīng)能壘、吸附強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)。

-積累了豐富的多目標(biāo)催化劑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，形成了系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系分析框架。

-擁有成熟的數(shù)據(jù)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法開發(fā)能力，為構(gòu)建大規(guī)模催化劑數(shù)據(jù)庫和智能預(yù)測(cè)模型提供了保障。

（三）項(xiàng)目研究目標(biāo)與方案

本項(xiàng)目旨在通過第一性原理計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)的深度融合，系統(tǒng)研究過渡金屬催化劑在CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的構(gòu)效關(guān)系，開發(fā)新型高效催化劑。具體研究目標(biāo)如下：

1.構(gòu)建過渡金屬催化CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的多尺度理論模型：結(jié)合DFT計(jì)算與分子動(dòng)力學(xué)模擬，建立能夠描述反應(yīng)過程中電子結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)變化的多尺度模型。

2.建立基于機(jī)器學(xué)習(xí)的催化劑活性預(yù)測(cè)模型：利用已計(jì)算的催化劑數(shù)據(jù)，訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑活性的快速、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，建立構(gòu)效關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

3.設(shè)計(jì)新型高效催化劑：基于理論計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)具有優(yōu)異活性和選擇性的過渡金屬催化劑，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能。

4.揭示催化劑活性的構(gòu)效關(guān)系：通過理論計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，揭示催化劑結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)與反應(yīng)活性的內(nèi)在聯(lián)系，建立普適性的催化劑設(shè)計(jì)理論。

項(xiàng)目研究方案分為以下幾個(gè)階段：

第一階段（2024年1月-2024年12月）：系統(tǒng)研究Ni、Cu、Fe三種過渡金屬在CO2加氫和電催化反應(yīng)中的催化機(jī)理，建立反應(yīng)機(jī)理數(shù)據(jù)庫，初步構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型。

第二階段（2025年1月-2025年12月）：擴(kuò)展研究范圍至Ru、Os等更多過渡金屬，完善機(jī)器學(xué)習(xí)模型，設(shè)計(jì)并計(jì)算一批新型催化劑，開展初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

第三階段（2026年1月-2026年12月）：對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)模型，設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能的催化劑，撰寫研究論文和專利，總結(jié)研究成果。

（四）預(yù)期成果與創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目預(yù)期取得以下成果：

1.在國際頂級(jí)期刊發(fā)表論文15-20篇，其中《Nature》《Science》系列期刊3-5篇，形成系列研究成果。

2.開發(fā)一套基于第一性原理計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)的催化劑設(shè)計(jì)軟件，為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提供通用工具。

3.申請(qǐng)發(fā)明專利5-8項(xiàng)，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

4.培養(yǎng)博士研究生5名，碩士研究生8名，形成高水平研究團(tuán)隊(duì)。

本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

1.首次將第一性原理計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)方法系統(tǒng)結(jié)合，用于過渡金屬催化CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的研究，實(shí)現(xiàn)理論與計(jì)算方法的深度融合。

2.建立了大規(guī)模的催化劑構(gòu)效關(guān)系數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了高效的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，為催化劑設(shè)計(jì)提供新工具。

3.揭示了過渡金屬催化劑在CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的構(gòu)效關(guān)系，為開發(fā)高效催化劑提供了理論指導(dǎo)。

（五）研究基礎(chǔ)與條件保障

本人及其團(tuán)隊(duì)已具備開展本項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)和條件：

1.研究基礎(chǔ)：本人長(zhǎng)期從事計(jì)算化學(xué)與材料模擬研究，在過渡金屬催化領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已取得系列研究成果，為本項(xiàng)目提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.團(tuán)隊(duì)成員：團(tuán)隊(duì)成員包括3名博士研究生、5名碩士研究生和2名博士后，均具有相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，能夠高效協(xié)作。

3.研究條件：依托中國科學(xué)院理論物理研究所的計(jì)算中心，擁有高性能計(jì)算資源（400核CPU，2TB內(nèi)存），能夠滿足大規(guī)模計(jì)算需求。同時(shí)，與多家高校和企業(yè)建立了合作關(guān)系，可以開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4.經(jīng)費(fèi)保障：本人已獲得多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金資助，具備豐富的項(xiàng)目管理和經(jīng)費(fèi)使用經(jīng)驗(yàn)。

四、落款

此致

敬禮

申請(qǐng)人：張明（單位蓋章）

2023年10月20日

申請(qǐng)書三：

一、稱謂

尊敬的國家自然科學(xué)基金委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)：

二、申請(qǐng)事項(xiàng)與理由

（一）申請(qǐng)事項(xiàng)

本人王立新，男，漢族，1978年5月出生，中共員，博士研究生學(xué)歷，現(xiàn)任北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期致力于有機(jī)光電材料與器件的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索，在有機(jī)光致發(fā)光材料設(shè)計(jì)與合成、有機(jī)太陽能電池能級(jí)匹配機(jī)制、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）高效驅(qū)動(dòng)與穩(wěn)定性等方面取得了系統(tǒng)性的創(chuàng)新成果。基于此，特向國家自然科學(xué)基金委員會(huì)申請(qǐng)“基于非富勒烯受體的高效穩(wěn)定有機(jī)太陽能電池基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目（項(xiàng)目類別：面上項(xiàng)目），項(xiàng)目研究期限為三年（2024年1月-2026年12月），申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)80萬元人民幣。本項(xiàng)目旨在通過設(shè)計(jì)新型非富勒烯受體（Non-FullereneAcceptors,NFAs）材料，揭示其與給體材料的相互作用機(jī)制，優(yōu)化器件能級(jí)匹配，提升有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命，為可再生能源的發(fā)展提供新的科學(xué)途徑。

（二）申請(qǐng)理由

1.項(xiàng)目研究的科學(xué)意義與迫切性

有機(jī)太陽能電池（OrganicSolarCells,OSCs）作為一種新興的可再生能源技術(shù)，具有重量輕、柔性可彎曲、可溶液加工、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備、建筑光伏一體化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，基于聚硅烷等給體和非富勒烯受體（NFAs）的有機(jī)太陽能電池取得了顯著進(jìn)展，能量轉(zhuǎn)換效率已超過15%。然而，與無機(jī)太陽能電池相比，OSC的能量轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性和壽命仍存在較大差距，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。其中，非富勒烯受體材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系復(fù)雜，器件中的能級(jí)匹配問題突出，以及長(zhǎng)期工作下的衰減機(jī)制不清是制約其性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵科學(xué)問題。因此，開展基于NFAs的高效穩(wěn)定有機(jī)太陽能電池的基礎(chǔ)研究，對(duì)于推動(dòng)有機(jī)光伏技術(shù)的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和迫切性。

2.本人及團(tuán)隊(duì)的研究基礎(chǔ)與積累

自2005年博士畢業(yè)于清華大學(xué)化學(xué)系后，本人先后在美國斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院從事博士后研究，2010年回國加入北京大學(xué)工作，現(xiàn)為化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期專注于有機(jī)光電材料與器件的研究，在以下方面取得了系統(tǒng)性的研究成果：

（1）有機(jī)光致發(fā)光材料設(shè)計(jì)與合成：設(shè)計(jì)并合成了一系列具有高效率、長(zhǎng)壽命的有機(jī)光致發(fā)光材料，應(yīng)用于OLED器件，相關(guān)成果發(fā)表于《NaturePhotonics》《AdvancedMaterials》等期刊，并獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

（2）有機(jī)太陽能電池能級(jí)匹配研究：深入研究了有機(jī)太陽能電池中的能級(jí)匹配問題，揭示了給體-受體界面結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響，相關(guān)成果發(fā)表于《JACS》《NatureCommunications》，并申請(qǐng)了多項(xiàng)發(fā)明專利。

（3）有機(jī)發(fā)光二極管高效驅(qū)動(dòng)與穩(wěn)定性研究：開發(fā)了多種高效穩(wěn)定的OLED器件結(jié)構(gòu)，顯著提升了器件的發(fā)光效率和壽命，相關(guān)成果被國際知名企業(yè)采用。

前期研究為本項(xiàng)目奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在：

-建立了完善的有機(jī)太陽能電池器件制備和表征技術(shù)平臺(tái)，能夠系統(tǒng)研究材料結(jié)構(gòu)與器件性能的關(guān)系。

-積累了豐富的NFAs材料設(shè)計(jì)與合成經(jīng)驗(yàn)，掌握了多種高效穩(wěn)定的NFAs材料體系。

-擁有成熟的器件物理分析和失效機(jī)制研究能力，為揭示器件工作機(jī)理和提升器件穩(wěn)定性提供了保障。

3.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與本項(xiàng)目特色

國內(nèi)外學(xué)者在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展，但主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）富勒烯受體（FullereneAcceptors,FAs）材料的研究：FAs材料具有優(yōu)異的電子接受能力和成熟的加工工藝，是目前商業(yè)化OSC的主要受體材料。然而，富勒烯的分子結(jié)構(gòu)單一，限制了器件能量轉(zhuǎn)換效率的提升。

（2）非富勒烯受體材料的研究：近年來，NFAs材料因其優(yōu)異的電子接受能力、多樣的化學(xué)結(jié)構(gòu)和可調(diào)的能級(jí)成為研究熱點(diǎn)。例如，美國麻省理工學(xué)院的G.Czerner教授課題組報(bào)道了一系列咔唑基NFAs材料，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.8%；德國馬普所的K.Leo教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于三苯胺的NFAs材料，效率達(dá)到14.2%。然而，NFAs材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、器件中的能級(jí)匹配機(jī)制、長(zhǎng)期工作下的衰減機(jī)制仍需深入研究。

本項(xiàng)目的特色在于：

（1）材料設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性：本項(xiàng)目將設(shè)計(jì)一系列具有新穎結(jié)構(gòu)特征的NFAs材料，如含有雜原子、多稠環(huán)結(jié)構(gòu)的NFAs材料，以期突破現(xiàn)有材料的性能瓶頸。

（2）機(jī)理研究的深入性：本項(xiàng)目將結(jié)合第一性原理計(jì)算、光譜表征和器件模擬等手段，深入揭示NFAs材料的電子結(jié)構(gòu)、與給體材料的相互作用機(jī)制、器件能級(jí)匹配機(jī)制以及長(zhǎng)期工作下的衰減機(jī)制。

（3）應(yīng)用導(dǎo)向的實(shí)用性：本項(xiàng)目的研究成果將直接應(yīng)用于高效穩(wěn)定的有機(jī)太陽能電池器件開發(fā)，推動(dòng)有機(jī)光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

4.項(xiàng)目研究目標(biāo)與方案

本項(xiàng)目旨在通過設(shè)計(jì)新型非富勒烯受體材料，揭示其與給體材料的相互作用機(jī)制，優(yōu)化器件能級(jí)匹配，提升有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。具體研究目標(biāo)如下：

（1）設(shè)計(jì)并合成一系列新型非富勒烯受體材料：基于咔唑、三苯胺等母核，設(shè)計(jì)并合成具有新穎結(jié)構(gòu)特征的NFAs材料，系統(tǒng)研究分子結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)與器件性能的關(guān)系。

（2）研究NFAs材料的電子結(jié)構(gòu)與相互作用機(jī)制：利用電子順磁共振（EPR）、紫外-可見光譜（UV-Vis）、熒光光譜等手段，研究NFAs材料的電子結(jié)構(gòu)、與給體材料的相互作用機(jī)制以及器件中的能級(jí)匹配過程。

（3）優(yōu)化有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)：基于NFAs材料的特性，優(yōu)化器件能級(jí)匹配，提升器件的能量轉(zhuǎn)換效率和開路電壓。

（4）研究器件的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性：通過加速老化測(cè)試、光譜表征和電學(xué)性能監(jiān)測(cè)等手段，研究器件的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性，揭示器件衰減機(jī)制，并提出相應(yīng)的穩(wěn)定性提升策略。

項(xiàng)目研究方案分為以下幾個(gè)階段：

第一階段（2024年1月-2024年12月）：設(shè)計(jì)并合成一系列新型NFAs材料，利用電子順磁共振、紫外-可見光譜等手段研究其電子結(jié)構(gòu)，初步構(gòu)建器件能級(jí)匹配模型。

第二階段（2025年