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北大裴堅(jiān)教授、王婕妤教授團(tuán)隊(duì)《Sci. Adv.》：單一共軛聚合物實(shí)現(xiàn)超高n型和p型導(dǎo)電率和功率因子
2023-03-05  來源：高分子科技
  近期，北京大學(xué)化學(xué)系裴堅(jiān)教授與王婕妤教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種高性能的導(dǎo)電高分子的設(shè)計(jì)策略。通過降低烷基側(cè)鏈的驅(qū)動(dòng)力，調(diào)控共軛骨架間的π-π接觸的比例，共軛聚合物TBDOPV-T-518表現(xiàn)出低能量無序和高熱可及位點(diǎn)密度，并在摻雜后實(shí)現(xiàn)了室溫下接近金屬型的非熱激活電荷傳輸行為。這些特性使得其在摻雜后表現(xiàn)出超高的電導(dǎo)率和功率因子。 


圖1 TBDOPV-T-518的高熱可及位點(diǎn)密度、非熱激活電荷傳輸行為和低能量無序


  TBDOPV-T-518具有雙極性電荷傳輸性質(zhì)：在N-DMBI摻雜下，TBDOPV-T-518表現(xiàn)出超過100 S cm?1的n型電導(dǎo)率和236 μW m?1 K?2的n型功率因子；在FeCl3摻雜下，TBDOPV-T-518表現(xiàn)出超過400 S cm?1的p型電導(dǎo)率和131 μW m?1 K?2的p型功率因子。 


圖2 TBDOPV-T-518的雙極性電荷傳輸


  基于其優(yōu)異的雙極限電荷傳輸行為，他們制備了首個(gè)柔性的單一聚合物熱電發(fā)電機(jī)，并在溫度梯度下實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的功率輸出，是目前表現(xiàn)最好的全聚合物熱電發(fā)電機(jī)。 


圖3 柔性的單一聚合物熱電發(fā)電器的制備過程和功率輸出


  這項(xiàng)工作為高性能導(dǎo)電高分子的發(fā)展提出了新的策略，具有平面骨架和充分鏈間π-π接觸弱結(jié)晶性共軛聚合物可能是潛在的導(dǎo)電高分子。該工作以“High n-type and p-type conductivities and power factors achieved in a single conjugated polymer”為題發(fā)表在《Science advances》上（Sci. Adv. 2023, 9, eadf3495.）。文章第一作者是北京大學(xué)博士研究生余子迪博士。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于高性能導(dǎo)電高分子和高分子熱電材料的最新進(jìn)展之一。在過去的幾年中，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了多種n型高性能導(dǎo)電高分子體系，并不斷突破n型電導(dǎo)率和功率因子的最高值（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11390–11394; Adv. Mater. 2021, 33, 2005946.）；發(fā)展新型摻雜劑（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900817; Nat. Commun. 2020, 11, 3292.）并探索摻雜劑對(duì)摻雜共軛聚合物體系的影響（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 15340–15348; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e2022002.）。


  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf3495


  參考文獻(xiàn)：Yu, Z.-D.; Lu, Y.; Wang, Z.-Y.; Un, H.-I.; Zelewski, S. J.; Cui, Y.; You, H.-Y.; Liu, Y.; Xie, K.-F.; Yao, Z.-F.; He, Y.-C.; Hu, W.- B.; Sirringhaus, H.; Wang, J.-Y.; Pei, J. High n-type and p-type conductivity achieved in a single conjugated polymer. Sci. Adv. 2023, 9, eadf3495.

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