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北大裴堅教授、王婕妤教授團隊《Sci. Adv.》：單一共軛聚合物實現超高n型和p型導電率和功率因子

2023-03-05 來源：高分子科技

近期，北京大學化學系裴堅教授與王婕妤教授團隊發展了一種高性能的導電高分子的設計策略。通過降低烷基側鏈的驅動力，調控共軛骨架間的π-π接觸的比例，共軛聚合物TBDOPV-T-518表現出低能量無序和高熱可及位點密度，并在摻雜后實現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出超高的電導率和功率因子。

圖1 TBDOPV-T-518的高熱可及位點密度、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：在N-DMBI摻雜下，TBDOPV-T-518表現出超過100 S cm^?1的n型電導率和236 μW m^?1 K^?2的n型功率因子；在FeCl₃摻雜下，TBDOPV-T-518表現出超過400 S cm^?1的p型電導率和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

基于其優異的雙極限電荷傳輸行為，他們制備了首個柔性的單一聚合物熱電發電機，并在溫度梯度下實現了穩定的功率輸出，是目前表現最好的全聚合物熱電發電機。

圖3 柔性的單一聚合物熱電發電器的制備過程和功率輸出

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

該工作是團隊近期關于高性能導電高分子和高分子熱電材料的最新進展之一。在過去的幾年中，團隊發展了多種n型高性能導電高分子體系，并不斷突破n型電導率和功率因子的最高值（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11390–11394; Adv. Mater. 2021, 33, 2005946.）；發展新型摻雜劑（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900817; Nat. Commun. 2020, 11, 3292.）并探索摻雜劑對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：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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（責任編輯：xu）

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