裴堅和王婕妤老師課題組在有機熱電材料的研究中取得新進展
時間：2021-04-06 16:42:03學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
?? 能源和環(huán)境問題是當(dāng)今社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展亟需解決的兩個緊迫的問題，尋找新型清潔的可替代能源成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的重大課題。熱電轉(zhuǎn)換材料是利用塞貝克效應(yīng)和帕爾貼效應(yīng)實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的材料，是重要的清潔能源材料。相對于廣泛研究的無機半導(dǎo)體熱電材料，有機聚合物熱電材料具有高賽貝克系數(shù)和低熱導(dǎo)的特點并繼承了有機材料制備工藝簡單、成本低和柔韌性好等獨特優(yōu)勢，在柔性、低成本熱電應(yīng)用方面展現(xiàn)誘人的應(yīng)用前景。盡管如此，聚合物熱電材料存在材料體系單一，缺乏對分子構(gòu)效關(guān)系和關(guān)鍵影響因素的系統(tǒng)理解等問題，相關(guān)研究尚處于起步階段。
?????? 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院裴堅教授和王婕妤博士課題組開展了一系列基于BDPPV衍生物的聚合物熱電材料的結(jié)構(gòu)和性能研究。他們通過向n型聚合物BDPPV骨架上引入氯原子、氟原子的方式獲得了兩類新的n型聚合物CIBDPPV和FBDPPV。BDPPV衍生物與n型摻雜劑N-DMBI共混后表現(xiàn)出了很高的電導(dǎo)率。聚合物本身高的電子遷移率以及高效的摻雜過程使得它們表現(xiàn)出了很高的電導(dǎo)率，尤其是聚合物FBDPPV，其電導(dǎo)率最高達(dá)到14 S cm-1，功率因子達(dá)到28 μW m-1 K-2，這是目前報道的溶液加工的n型共軛聚合物所表現(xiàn)出的最高值。研究表明，將鹵素原子引入到聚合物的共軛骨架上不僅對其電子遷移率有重要影響，同時也會影響摻雜程度，二者對于電導(dǎo)率的提高均十分重要。這一研究成果為開發(fā)高性能的n型有機熱電材料提供了設(shè)計依據(jù)，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在美國化學(xué)會志上（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 6979?6982）。
?????? 北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生石可是該論文的第一作者。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京分子科學(xué)國家實驗室（籌）的資助。
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