Angew. Chem. :具有高本征热电性能的高自旋共轭聚合物

有机热电材料由于其轻薄柔性、易于大面积溶液加工、化学结构高度可调、热导率低的本征优势，被认为是发展新一代智能热电器件的理想选择。由于有机半导体较低的载流子迁移率，目前报道的绝大多数有机热电器件都需要通过化学掺杂提高材料的载流子浓度，从而优化材料的热电性能。遗憾的是，化学掺杂不但提高了器件制备的复杂度和成本，还会降低材料的长期稳定性，这些缺点阻碍了对有机热电材料实际应用的探索。

近日，中国科学院化学研究所朱晓张研究员和国家纳米科学中心朱嘉研究员合作，引入具有强醌式化效应的噻吩并噻吩作为给体单元，与经典的受体单元苯并二噻二唑共聚，合成了高自旋基态的给体-受体型共轭聚合物PBBT−TT，以及没有引入噻吩并噻吩单元的对比材料PBBT−T。

结果表明，由于具有超窄带隙以及同类材料中最高的单线态-三线态能隙，PBBT−TT具有很高的自由基浓度，从而产生了较高的本征电导率和很高的本征热电性能（功率因子最高达到26.1 μW m⁻¹ K⁻²）。这是目前无需化学掺杂的本征有机热电材料中的最高性能，并且超过了部分经过化学掺杂的有机半导体材料。进一步研究表明，PBBT−TT薄膜中存在的强烈的反铁磁自旋偶合提高了材料在费米能级附近的态密度，进一步加强了分子链间的载流子传输，从而提高了材料的本征热电性能。另外，由于没有掺杂剂引入对材料体系的破坏，PBBT−TT薄膜能够在超过120天的时间中保持初始的热电性能。这项工作证明了高自旋聚合物在热电器件中的应用潜力，为发展新的高性能本征热电材料提供了新的思路。

论文信息

Thermoelectric Performance in Triplet-Ground-State Polymer Intrinsically Boosted by Enhanced Proquinoidal Characteristic

Runshi Wu, Yu Wei, Dr. Xiaojuan Dai, Dr. Liqin Yan, Dr. Wuyue Liu, Prof. Dr. Dafei Yuan, Prof. Dr. Jia Zhu, Prof. Dr. Xiaozhang Zhu

文章的第一作者是中国科学院化学研究所博士研究生武润石和北京师范大学−国家纳米科学中心联合培养硕士研究生魏瑜。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202413061