有机热电材料在重量，柔韧性，环境友好性等方面，拥有传统无机热电材料难以企及的优势。但由于缺少完整的分子设计策略体系，高热电性能聚合物分子的框架结构设计仍然是一个具有挑战性的课题。古语言：无规矩，不方圆。因此，规整性对热电性能是否有影响值得探究。
近期，中科院福建物构所厦门稀土材料研究中心高鹏研究员团队在两个区域规整性不同的共轭聚合物的基础上，使用FeCl3作为p型掺杂剂进行掺杂过程后，比较二者之间热电性能的差异（图1）；并对形成差异的内部因素进行探究，发现区域规整性有利于提高掺杂水平，从而提高最终的热电性能（图2）；而且，掺杂后的聚合物分子的p-p堆积距离更加紧密，有利于空穴获取（图 3）；最后与理论计算相结合，揭示掺杂过程的内部机理（图4）。该工作以 “Revealing the Enhanced Thermoelectric Properties of Controllably Doped Donor-Acceptor Copolymer: The impact of Regioregularity”为题发表在《Small》上（Small, 2023, 2206233）。
图1.（a）P2F和（b）PRF的化学结构和相应的高温1H NMR光谱。不同浓度FeCl3溶液掺杂的（c，d，e）P2F和（f，g，h）PRF聚合物薄膜的热电性能：（c, f）电导率（d, g）Seebeck系数和（e, h）PF值。（i）Seebeck系数（顶部）和PF值（底部）与电导率之间的函数分布关系。
图2. （a）P2F和（b）PRF聚合物薄膜在不同掺杂剂浓度下的UV-Vis-NIR吸收光谱。根据UV-Vis-NIR光谱计算的（c）极化子浓度和（d）双极化子浓度。（e）掺杂前后P2F和PRF的能级示意图。
图3. （a）未掺杂P2F聚合物薄膜，（b）掺杂后P2F聚合物薄膜，（d）未掺杂PRF聚合物薄膜、（e）掺杂后的PRF聚合物薄膜的2D GIWAXS图像。2D GIWAXS数据相应的掺杂前后的（c）P2F和（f）PRF薄膜的1D GIWAXS分布。插图显示了q=1至2Å-1的放大图像。（g）掺杂前后P2F和PRF薄膜的π-π堆叠距离变化。以及掺杂前后（h）P2F和（i）PRF薄膜的层状结构示意图。
图4.（a）未掺杂P2F聚合物薄膜，（b，c，）掺杂后P2F聚合物薄膜，（d）未掺杂PRF聚合物薄膜和（e，f）掺杂后PRF聚合物薄膜的分子堆积示意图。黄点、绿点和绿线分别表示掺杂剂分子、电荷载流子和载流子传输路径。（g） FeCl3掺杂机理示意图。FS、HS、T1、T2和BT分别是Fe3+的位置。（h，i）通过密度泛函理论计算得到的各位置的相对能量。
该工作是团队近期关于有机热电材料相关研究的最新进展之一。中国科学院福建物质结构研究所厦门稀土材料研究中心张英尧、邓龙辉和韩国蔚山科学技术院的Yongjoon Cho为该论文共同第一作者。论文通讯作者为中国科学院福建物质结构研究所厦门稀土材料研究中心高鹏研究员和韩国蔚山科学技术院的Changduk Yang教授。
作者团队简介：
高鹏，中科院福建物构所研究员，博士生导师，海外高层次人才引进计划青年项目入选者。于2010年毕业于德国马普高分子研究所并获得化学博士学位。2011-2015年于洛桑联邦理工学院从事博士后工作，专注于近红外吸收染料及杂化钙钛矿材料设计合成。
2017年1月筹建先进功能材料实验室（LAFM），担任研究员和课题组长，专注于用化学手段与稀土元素相结合制备新型半导体材料并应用于能源转换器件。持续获得厦门市双百人才计划，福建省百人计划，福建省引进海外高层次人才B类等人才项目资助。累计发表SCI期刊原创性论文与综述190多篇，受邀撰写书章节6部。其中部分研究成果以第一/通讯作者身份发表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Chem. Mater.、Nature Commu.等权威期刊，多篇论文被选为期刊封面或热点论文。截止目前根据google scholar统计，个人SCI H-index为67, 文章总引用36000余次。2018年-2022年连续四年获评Clarivate Analytics全球交叉学科领域“高被引科学家”。
先进功能材料实验室（LAFM）长期招聘有科研热情和半导体材料合成表征经验（太阳电池，晶体管，热电等）的博士后，有仪器搭建经验者优先。他们的信条是“探索未知，突破极限，艺术科学”。联系邮箱peng.gao@fjirsm.ac.cn.
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202206233
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