北大裴坚教授、王婕妤教授团队《Sci. Adv.》：单一共轭聚合物实现超高n型和p型导电率和功率因子

2023-03-05 来源：高分子科技

近期，北京大学化学系裴坚教授与王婕妤教授团队发展了一种高性能的导电高分子的设计策略。通过降低烷基侧链的驱动力，调控共轭骨架间的π-π接触的比例，共轭聚合物TBDOPV-T-518表现出低能量无序和高热可及位点密度，并在掺杂后实现了室温下接近金属型的非热激活电荷传输行为。这些特性使得其在掺杂后表现出超高的电导率和功率因子。

图1 TBDOPV-T-518的高热可及位点密度、非热激活电荷传输行为和低能量无序

TBDOPV-T-518具有双极性电荷传输性质：在N-DMBI掺杂下，TBDOPV-T-518表现出超过100 S cm^?1的n型电导率和236 μW m^?1 K^?2的n型功率因子；在FeCl₃掺杂下，TBDOPV-T-518表现出超过400 S cm^?1的p型电导率和131 μW m^?1 K^?2的p型功率因子。

图2 TBDOPV-T-518的双极性电荷传输

基于其优异的双极限电荷传输行为，他们制备了首个柔性的单一聚合物热电发电机，并在温度梯度下实现了稳定的功率输出，是目前表现最好的全聚合物热电发电机。

图3 柔性的单一聚合物热电发电器的制备过程和功率输出

这项工作为高性能导电高分子的发展提出了新的策略，具有平面骨架和充分链间π-π接触弱结晶性共轭聚合物可能是潜在的导电高分子。该工作以“High n-type and p-type conductivities and power factors achieved in a single conjugated polymer”为题发表在《Science advances》上（Sci. Adv. 2023, 9, eadf3495.）。文章第一作者是北京大学博士研究生余子迪博士。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

该工作是团队近期关于高性能导电高分子和高分子热电材料的最新进展之一。在过去的几年中，团队发展了多种n型高性能导电高分子体系，并不断突破n型电导率和功率因子的最高值（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11390–11394; Adv. Mater. 2021, 33, 2005946.）；发展新型掺杂剂（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900817; Nat. Commun. 2020, 11, 3292.）并探索掺杂剂对掺杂共轭聚合物体系的影响（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 15340–15348; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e2022002.）。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf3495

参考文献：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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（责任编辑：xu）

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