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中科院福建物構所廈門稀土材料研究中心高鵬研究員課題組 Small:揭示可控摻雜供體-受體共聚物中增強的熱電性能:區域規整性的影響
2023-01-08  來源:高分子科技

  有機熱電材料在重量,柔韌性,環境友好性等方面,擁有傳統無機熱電材料難以企及的優勢。但由于缺少完整的分子設計策略體系,高熱電性能聚合物分子的框架結構設計仍然是一個具有挑戰性的課題。古語言:無規矩,不方圓。因此,規整性對熱電性能是否有影響值得探究。


  近期,中科院福建物構所廈門稀土材料研究中心高鵬研究員團隊在兩個區域規整性不同的共軛聚合物的基礎上,使用FeCl3作為p型摻雜劑進行摻雜過程后,比較二者之間熱電性能的差異(圖1);并對形成差異的內部因素進行探究,發現區域規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);最后與理論計算相結合,揭示摻雜過程的內部機理(圖4)。該工作以 Revealing the Enhanced Thermoelectric Properties of Controllably Doped Donor-Acceptor Copolymer: The impact of Regioregularity為題發表在Small上(Small, 2023, 2206233)。 


1.(aP2F和(bPRF的化學結構和相應的高溫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)電導率(d, gSeebeck系數和(e, hPF值。(iSeebeck系數(頂部)和PF值(底部)電導率之間的函數分布關系 


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UV-Vis-NIR光譜計算的(c)極化子濃度和(d)雙極子濃度。(e摻雜前后P2FPRF能級示意圖。 


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數據相應的摻雜前后的(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薄膜的層狀結構示意圖。 


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、綠點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摻雜機理示意圖FSHST1T2BT分別是Fe3+的位置。(hi)通過密度泛函理論計算得到的各位置的相對能量。


  該工作是團隊近期關于有機熱電材料相關研究的最新進展之一。中國科學院福建物質結構研究所廈門稀土材料研究中心張英堯鄧龍輝和韓國蔚山科學技術院的Yongjoon Cho為該論文共同第一作者。論文通訊作者為中國科學院福建物質結構研究所廈門稀土材料研究中心高鵬研究員和韓國蔚山科學技術院的Changduk Yang教授。


作者團隊簡介:


  高鵬,中科院福建物構所研究員,博士生導師,海外高層次人才引進計劃青年項目入選者。于2010年畢業于德國馬普高分子研究所并獲得化學博士學位。2011-2015年于洛桑聯邦理工學院從事博士后工作,專注于近紅外吸收染料及雜化鈣鈦礦材料設計合成。


  2017年1月籌建先進功能材料實驗室(LAFM),擔任研究員和課題組長,專注于用化學手段與稀土元素相結合制備新型半導體材料并應用于能源轉換器件。持續獲得廈門市雙百人才計劃,福建省百人計劃,福建省引進海外高層次人才B類等人才項目資助。累計發表SCI期刊原創性論文與綜述190多篇,受邀撰寫書章節6部。其中部分研究成果以第一/通訊作者身份發表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Chem. Mater.、Nature Commu.等權威期刊,多篇論文被選為期刊封面或熱點論文。截止目前根據google scholar統計,個人SCI H-index為67, 文章總引用36000余次。2018年-2022年連續四年獲評Clarivate Analytics全球交叉學科領域“高被引科學家”。


  先進功能材料實驗室(LAFM)長期招聘有科研熱情和半導體材料合成表征經驗(太陽電池,晶體管,熱電等)的博士后,有儀器搭建經驗者優先。他們的信條是探索未知,突破極限,藝術科學。聯系郵箱peng.gao@fjirsm.ac.cn.


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

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(責任編輯:xu)
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