An optimized nanostructure design for electrode materials for high-performance lithium-ion batteries was realized by introducing three-dimensional (3D) graphene networks into transition metal oxide nanomicrostructures. A CuO/graphene composite was selected as a typical example of the optimized design. Self-assembled CuO and CuO/graphene urchin-like structures have been successfully synthesized by a simple solution method and investigated with SEM, TEM, XRD, and electrochemical measurements. The CuO/graphene nanocomposite exhibits a remarkably enhanced cycling performance and rate performance compared with pure CuO urchin-like structure when being used as anode materials in lithium-ion batteries. During all the 100 discharge-charge cycles under a current density of 65 mA g−1, the CuO/graphene electrode can stably deliver a reversible capacity of ca. 600 mA h g−1. At a high current density of 6400 mA g−1, the specific charge capacity of the CuO/graphene nanocomposite is still as high as 150 mA h g−1, which is three times larger than that of graphene (48 mA h g−1), while that of CuO is nearly null under the same current density. The enhancement of the electrochemical performance could be attributed to the 3D electrically conductive networks of graphene as well as the unique nanomicrostructure of the CuO/graphene nanocomposite in which the CuO nanomicroflowers are enwrapped by a thin layer of graphene as an elastic buffer.

Advanced MaterialsVolume 29, Issue 3 1604155 Communication Mapping Polymer Donors toward High-Efficiency Fullerene Free Organic Solar Cells Yuze Lin, Yuze Lin Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 China Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorFuwen Zhao, Fuwen Zhao Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorYang Wu, Yang Wu State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorKai Chen, Kai Chen MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorYuxin Xia, Yuxin Xia Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorGuangwu Li, Guangwu Li Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorShyamal K. K. Prasad, Shyamal K. K. Prasad MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorJingshuai Zhu, Jingshuai Zhu Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorLijun Huo, Lijun Huo Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorHaijun Bin, Haijun Bin Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorZhi-Guo Zhang, Zhi-Guo Zhang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorXia Guo, Xia Guo Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorMaojie Zhang, Maojie Zhang Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorYanming Sun, Yanming Sun Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorFeng Gao, Feng Gao Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorZhixiang Wei, Zhixiang Wei National Center for Nanoscience and Technology, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorWei Ma, Wei Ma State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorChunru Wang, Chunru Wang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorJustin Hodgkiss, Justin Hodgkiss MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorZhishan Bo, Zhishan Bo Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorOlle Inganäs, Olle Inganäs Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorYongfang Li, Yongfang Li Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 China Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorXiaowei Zhan, Corresponding Author Xiaowei Zhan xwzhan@pku.edu.cn Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 ChinaE-mail: xwzhan@pku.edu.cnSearch for more papers by this author Yuze Lin, Yuze Lin Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 China Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorFuwen Zhao, Fuwen Zhao Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorYang Wu, Yang Wu State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorKai Chen, Kai Chen MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorYuxin Xia, Yuxin Xia Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorGuangwu Li, Guangwu Li Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorShyamal K. K. Prasad, Shyamal K. K. Prasad MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorJingshuai Zhu, Jingshuai Zhu Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorLijun Huo, Lijun Huo Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorHaijun Bin, Haijun Bin Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorZhi-Guo Zhang, Zhi-Guo Zhang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorXia Guo, Xia Guo Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorMaojie Zhang, Maojie Zhang Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorYanming Sun, Yanming Sun Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorFeng Gao, Feng Gao Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorZhixiang Wei, Zhixiang Wei National Center for Nanoscience and Technology, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorWei Ma, Wei Ma State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorChunru Wang, Chunru Wang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorJustin Hodgkiss, Justin Hodgkiss MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorZhishan Bo, Zhishan Bo Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorOlle Inganäs, Olle Inganäs Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorYongfang Li, Yongfang Li Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 China Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorXiaowei Zhan, Corresponding Author Xiaowei Zhan xwzhan@pku.edu.cn Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 ChinaE-mail: xwzhan@pku.edu.cnSearch for more papers by this author First published: 10 November 2016 https://doi.org/10.1002/adma.201604155Citations: 347Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract Five polymer donors with distinct chemical structures and different electronic properties are surveyed in a planar and narrow-bandgap fused-ring electron acceptor (IDIC)-based organic solar cells, which exhibit power conversion efficiencies of up to 11%. Citing Literature Supporting Information As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Filename Description adma201604155-sup-0001-S1.pdf1.3 MB Supplementary Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume29, Issue3January 18, 20171604155 RelatedInformation

Abstract Relative to electron donors for bulk heterojunction organic solar cells (OSCs), electron acceptors that absorb strongly in the visible and even near‐infrared region are less well developed, which hinders the further development of OSCs. Fullerenes as traditional electron acceptors have relatively weak visible absorption and limited electronic tunability, which constrains the optical and electronic properties required of the donor. Here, high‐performance fullerene‐free OSCs based on a combination of a medium‐bandgap polymer donor (FTAZ) and a narrow‐bandgap nonfullerene acceptor (IDIC), which exhibit complementary absorption, matched energy levels, and blend with pure phases on the exciton diffusion length scale, are reported. The single‐junction OSCs based on the FTAZ:IDIC blend exhibit power conversion efficiencies up to 12.5% with a certified value of 12.14%. Transient absorption spectroscopy reveals that exciting either the donor or the acceptor component efficiently generates mobile charges, which do not suffer from recombination to triplet states. Balancing photocurrent generation between the donor and nonfullerene acceptor removes undesirable constraints on the donor imposed by fullerene derivatives, opening a new avenue toward even higher efficiency for OSCs.