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Angew. Chem. :双受体策略提升低结晶度n型高分子的热电性能


高分子热电材料能够利用塞贝克效应将热能转化为电能,具有轻便、机械柔性和可溶液加工等优势,在柔性电子和可穿戴设备领域具备应用潜力,近年来得到了广泛关注。制备高性能的热电模组,需要同时发展高效且性能相当的p型和n型高分子材料。目前,p型材料的功率因子已超过500 mW m-1 K-2,而n型共轭聚合物发展相对滞后。因此,开发高性能的n型共轭聚合物十分关键。



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降低结晶度可以改善高分子材料和掺杂剂的共混,获得高的掺杂效率。然而,受限于掺杂后极化子的离域程度,低结晶度的高分子材料仍难以获得高的热电性能。为了解决这一问题,天津大学邓云峰教授基于噻吩取代吡咯并吡咯二酮(ThDPP)与氰基取代苯并噻二唑(CNBTz),利用双受体策略合成了低结晶性的高分子材料ThDPP-CNBTz。相较于ThDPP-BTz,氰基的引入能够有效降低前线轨道能级,使得聚合物从双极传输转变为n型传输。得益于其低的结晶性,ThDPP-CNBTz与掺杂剂分子具有良好的相容性,掺杂剂的引入对薄膜堆积结构影响较小,从而保持好的载流子传输通道。同时,由于双受体的存在,可以显著提升掺杂后极化子的离域程度。

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经N-DMBI掺杂后,ThDPP-CNBTz表现出优异的热电性能,最优掺杂比例下的电导率为50.6 S cm-1,功率因子最高可达126.8 mW m-1 K-2。此外,ThDPP-CNBTz低的结晶性有利于制备对机械形变不敏感的柔性器件。以PET为基底制备柔性热电器件的率因子可达70 mW m-1 K-2,在弯折半径为3 mm时,经600次弯折循环后器件的电导率仍能维持90%左右。该工作为发展高性能n型有机热电器件,尤其是柔性器件,材料开辟了新的道路。

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文信息

An n-Type Conjugated Polymer with Low Crystallinity for High-Performance Organic Thermoelectrics

Yuexin Gao, Yunzhe Ke, Tianzuo Wang, Yibo Shi, Cheng Wang, Dr. Shuaishuai Ding, Yupu Wang, Prof. Yunfeng Deng, Prof. Wenping Hu, Prof. Yanhou GengFirst published: 07 March 2024 


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202402642



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