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中科院福建物構(gòu)所廈門(mén)稀土材料研究中心高鵬研究員課題組 Small:揭示可控?fù)诫s供體-受體共聚物中增強(qiáng)的熱電性能:區(qū)域規(guī)整性的影響
2023-01-08  來(lái)源:高分子科技

  有機(jī)熱電材料在重量,柔韌性,環(huán)境友好性等方面,擁有傳統(tǒng)無(wú)機(jī)熱電材料難以企及的優(yōu)勢(shì)。但由于缺少完整的分子設(shè)計(jì)策略體系,高熱電性能聚合物分子的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。古語(yǔ)言:無(wú)規(guī)矩,不方圓。因此,規(guī)整性對(duì)熱電性能是否有影響值得探究。


  近期,中科院福建物構(gòu)所廈門(mén)稀土材料研究中心高鵬研究員團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)區(qū)域規(guī)整性不同的共軛聚合物的基礎(chǔ)上,使用FeCl3作為p型摻雜劑進(jìn)行摻雜過(guò)程后,比較二者之間熱電性能的差異(圖1);并對(duì)形成差異的內(nèi)部因素進(jìn)行探究,發(fā)現(xiàn)區(qū)域規(guī)整性有利于提高摻雜水平,從而提高最終的熱電性能(圖2);而且,摻雜后的聚合物分子的p-p堆積距離更加緊密,有利于空穴獲取(圖 3);最后與理論計(jì)算相結(jié)合,揭示摻雜過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理(圖4)。該工作以 Revealing the Enhanced Thermoelectric Properties of Controllably Doped Donor-Acceptor Copolymer: The impact of Regioregularity為題發(fā)表在Small上(Small, 2023, 2206233)。 


1.(aP2F和(bPRF的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的高溫1H NMR光譜。不同濃度FeCl3溶液摻雜的(cdeP2F和(fghPRF聚合物薄膜的熱電性能:(c, f)電導(dǎo)率(d, gSeebeck系數(shù)和(e, hPF值。(iSeebeck系數(shù)(頂部)和PF值(底部)電導(dǎo)率之間的函數(shù)分布關(guān)系 


2. (aP2F和(bPRF聚合物薄膜在不同摻雜劑濃度下的UV-Vis-NIR吸收光譜根據(jù)UV-Vis-NIR光譜計(jì)算的(c)極化子濃度和(d)雙極子濃度。(e摻雜前后P2FPRF能級(jí)示意圖。 


3. (a未摻雜P2F聚合物薄膜,b摻雜后P2F聚合物薄膜,d未摻雜PRF聚合物薄膜、(e)摻雜后的PRF聚合物薄的2D GIWAXS圖像2D GIWAXS數(shù)據(jù)相應(yīng)的摻雜前后的(cP2F和(fPRF膜的1D GIWAXS分布。插圖顯示了q=12?-1的放大圖像。(g)摻雜前后P2FPRF薄膜π-π堆疊距離變化以及摻雜前后(hP2F和(iPRF薄膜的層狀結(jié)構(gòu)示意圖。 


4.(a未摻雜P2F聚合物薄bc,)摻雜后P2F聚合物薄d未摻雜PRF聚合物薄膜和(ef)摻雜后PRF聚合物薄膜的分子堆積示意圖。黃點(diǎn)、綠點(diǎn)和綠線分別表示摻雜劑分子、電荷載流子和載流子傳輸路徑。(g) FeCl3摻雜機(jī)理示意圖FSHST1T2BT分別是Fe3+的位置。(hi)通過(guò)密度泛函理論計(jì)算得到的各位置的相對(duì)能量。


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于有機(jī)熱電材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所廈門(mén)稀土材料研究中心張英堯鄧龍輝和韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院的Yongjoon Cho為該論文共同第一作者。論文通訊作者為中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所廈門(mén)稀土材料研究中心高鵬研究員和韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院的Changduk Yang教授。


作者團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介:


  高鵬,中科院福建物構(gòu)所研究員,博士生導(dǎo)師,海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃青年項(xiàng)目入選者。于2010年畢業(yè)于德國(guó)馬普高分子研究所并獲得化學(xué)博士學(xué)位。2011-2015年于洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院從事博士后工作,專(zhuān)注于近紅外吸收染料及雜化鈣鈦礦材料設(shè)計(jì)合成。


  2017年1月籌建先進(jìn)功能材料實(shí)驗(yàn)室(LAFM),擔(dān)任研究員和課題組長(zhǎng),專(zhuān)注于用化學(xué)手段與稀土元素相結(jié)合制備新型半導(dǎo)體材料并應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)換器件。持續(xù)獲得廈門(mén)市雙百人才計(jì)劃,福建省百人計(jì)劃,福建省引進(jìn)海外高層次人才B類(lèi)等人才項(xiàng)目資助。累計(jì)發(fā)表SCI期刊原創(chuàng)性論文與綜述190多篇,受邀撰寫(xiě)書(shū)章節(jié)6部。其中部分研究成果以第一/通訊作者身份發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Chem. Mater.、Nature Commu.等權(quán)威期刊,多篇論文被選為期刊封面或熱點(diǎn)論文。截止目前根據(jù)google scholar統(tǒng)計(jì),個(gè)人SCI H-index為67, 文章總引用36000余次。2018年-2022年連續(xù)四年獲評(píng)Clarivate Analytics全球交叉學(xué)科領(lǐng)域“高被引科學(xué)家”。


  先進(jìn)功能材料實(shí)驗(yàn)室(LAFM)長(zhǎng)期招聘有科研熱情和半導(dǎo)體材料合成表征經(jīng)驗(yàn)(太陽(yáng)電池,晶體管,熱電等)的博士后,有儀器搭建經(jīng)驗(yàn)者優(yōu)先。他們的信條是探索未知,突破極限,藝術(shù)科學(xué)。聯(lián)系郵箱peng.gao@fjirsm.ac.cn.


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202206233

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