上海硅酸鹽所在有機無機復合熱電材料領域取得進展

　　有機-無機復合熱電材料不僅具有有機材料質輕、高延展性、低成本、易制備等優點，而且可以獲得比純有機材料更加優異的熱電性能，近年來持續受到熱點關注。然而，傳統的采用原位聚合或機械混合法制得的有機/無機復合熱電材料，存在著無機納米顆粒難分散、易氧化、粒徑大小難以控制以及無機相添加量過大（通常>25wt%）等問題，削弱了實際的復合效果，極大地阻礙了有機/無機復合熱電材料的進展。近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員陳立東、副研究員姚琴的研究團隊在聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）基有機/無機復合熱電材料領域取得新進展。該團隊采用新型氧化劑，通過自抑制聚合法，獲得了高膜厚無氣孔PEDOT:DBSA-Te量子點復合熱電薄膜，相關成果相繼發表于NPG Asia Materials, 2017, 9, 405；Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8037–8042，并獲得授權ZL一項。

　　研究團隊首先通過設計調控導電高分子對陰離子的分子結構來調控對陰離子的位阻，實現了薄膜自抑制法聚合（SIP）新工藝，獲得了高性能可應用的PEDOT厚膜材料，使得便捷制備微米級高電導率（> 103 S/cm）PEDOT薄膜成為可能。在此研究基礎上，在自抑制效果下實現了高膜厚無氣孔PEDOT:DBSA-Te量子點復合薄膜的同步生成。通過新型Fe(III)氧化劑的自抑制作用，實現了PEDOT基體對均勻分散Te顆粒的緊密包覆，成功抑制了Te納米顆粒的氧化。進一步通過調節氧化劑的比例可以控制Te含量和粒徑，最小粒徑可達到量子點級（<5nm）。最終，通過Te量子點的高效聲子散射機制，在較低的Te添加量下（2.1 ~ 5.8 wt%），實現了澤貝克系數和電導率的同時提升，獲得了功率因子超過100 mW/mK2的復合薄膜，比純的PEDOT:DBSA基體提高了50%以上。該項研究為未來有機-無機復合納米熱電材料制備展示了新的方法和思路。下一步，該團隊將探索更多基于此方法的PEDOT基復合材料的合成以及相關器件的制作。

　　相關研究工作得到了“973”項目、國家自然科學基金、上海市科委等的資助。