热电材料可以实现热能和电能之间的相互转换，是重要的清洁能源之一。有机热电材料具有低热导率、低成本、可大面积加工等优点，可与无机材料互补，共同推动热电材料领域的快速发展。近年来，有机热电材料快速发展，但缺乏对材料分子结构与热电性能的深入认识，理性设计高性能有机热电材料面临巨大挑战。
此前，中科院化学所有机固体实验室的研究团队利用烷基侧链调控策略开发了两类DPP类聚合物材料PDPPS-12和PDPPSe-12，通过支链与直链的协同引入促进了分子有序组装，获得十分优异的迁移率性能。最近，他们系统研究了两类DPP材料的热电性能，发现PDPPSe-12掺杂薄膜可以展现有序的分子堆积，优化后的功率因子和ZT值分别高达364 μW m-1 K-2和0.25，是PDPPS-12性能的两倍以上，大幅提升了高迁移率p型有机半导体的热电性能最优值。
掺杂及其与电荷输运和热电性能之间的构效关系是有机热电研究的关键科学问题之一。研究人员利用紫外可见光谱、光电子能谱、掠入射X射线衍射和霍尔效应等多种方法系统揭示两类材料的掺杂度、聚集态结构和电荷输运行为。结果表明，硒原子的引入对掺杂程度影响极为微弱，但会明显增强分子间作用力，使得掺杂PDPPSe-12可以保持有序堆积，在较高掺杂浓度下霍尔迁移率达到1.0 cm2 V-1 s-1以上。得益于在同一薄膜中实现高迁移率和高载流子浓度，PDPPSe-12的电导率最高达到1000 cm S-1以上，热电优值突破0.2。更为重要的是，该结果表明Se原子取代是调控分子体系热电性能的重要策略，为发展高性能有机热电材料提供了新思路。
相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
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Selenium-substituted DPP Polymer for High Performance p-Type Organic Thermoelectric Materials
Jiamin Ding, Zitong Liu, Wenrui Zhao, Wenlong Jin, Lanyi Xiang, Zhijie Wang, Yan Zeng, Ye Zou, Fengjiao Zhang, Yuanping Yi, Ying Diao, Christopher R. McNeill, Chong-an Di, Deqing Zhang, Daoben Zhu
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201911058
（本稿件来自Wiley）
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