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窄带隙金属铂炔类聚合物的设计、合成及其热电性能研究
结题报告
批准号:
51773118
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
王雷
依托单位:
学科分类:
E0309.光电磁功能有机高分子材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘成军、周晓燕、刘福伟、王列、刘东、万涛、胡美韶、王路海
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中文摘要
聚合物热电材料是目前有机聚合物光电材料研究的前沿和崭新方向。提高聚合物的Seebeck系数和电导率是发展聚合物热电材料的关键。针对聚合物热电材料结构比较单一,且结构与Seebeck系数的关系尚不清楚,n-型热电材料缺乏等问题,本项目拟在前期工作基础上,结合理论计算,设计、合成一系列新型窄带隙金属铂炔类聚合物,通过主链结构、侧链结构、铂含量等结构的变化系统认识聚合物结构对Seebeck系数的影响规律。在此基础上筛选Seebeck系数大的金属铂炔类聚合物,通过调节铂含量、化学掺杂和物理复合等策略,提高聚合物的电导率,从而获得高性能的金属铂炔类聚合物热电材料。本项目前期已经开展了一些预研,获得了很高的Seebeck系数,具有较好的可行性。本项目有望拓展聚合物热电材料的类型,揭示聚合物结构与热电性能的关系,在n-型聚合物热电材料上取得突破,为高性能热电材料的研究提供新的思路。
英文摘要
Polymer-based thermoelectric materials (PTMs) are the frontier and new topic in the field of organic polymer optoelectronic materials. One of the key points in this topic is to increase Seebeck coefficient and conductivity of the produced materials to improve the performance of PTMs. However, the relationship between the structure and Seebeck coefficient of PTMs hasn’t been well understood so far. In recent study, we found that a platinum-containing metallopolyyne with narrow band gap, donor-acceptor structure, and good stability exhibits large Seebeck coefficient. We intend to further investigate this novel material in details. In this project, a series of narrow band-gap platinum-containing metallopolyynes will be designed and synthesized, and the thermoelectric properties of these polymers will be systematically investigated. We will eventually elucidate the correlations between the structure and Seebeck coefficient of the polymers by changing main chain structure, side chain structure, and platinum content. Then, the polymers with large Seebeck coefficient will be selected for next development. The conductivities of the selected polymer will be improved by adjusting the platinum content, chemical doping and physical composite. Finally, platinum-containing metallopolyynes with excellent performance are expected to be obtained, which would provide new research ideas in the development of new polymeric thermoelectric materials.
聚合物热电材料是目前有机聚合物光电材料研究的前沿和崭新方向。提高聚合物的Seebeck系数和电导率是发展聚合物热电材料的关键。本项目通过主链结构、侧链结构、铂含量等结构的变化系统认识了聚合物结构对Seebeck系数、电导率以及功率银子的影响规律。并在此基础上筛选Seebeck系数大的金属铂炔类聚合物,通过调节铂含量、化学掺杂和物理复合等策略,提高了聚合物的电导率,获得了高性能的金属铂炔类聚合物热电材料。主要工作具体如下:1、设计并合成了两个主链结构含有苯并噻二唑二噻吩单元的金属铂炔类聚合物P(TBT-Pt)和P(TBTC6-Pt)。通过优化掺杂处理,聚合物电导率最高可达20.98 S m-1,同时最大Seebeck系数依然能够维持在 -2.49 ± 0.17 mV K-1, 从而获得 121.5 ±12.6 μW m-1 K-2的高PF值。2、为了实现铂炔配合物的有效P型掺杂,在分子设计上引入富电子的寡聚噻吩片段,通过调控铂乙炔单元的含量优化热电性能。结果发现,铂原子的引入可以显著提高聚合物的电导率;同时,随着铂含量的增加,S也单调增加。3、通过重新设计铂乙炔配合物结构,将铂乙炔配合物置于聚合物材料的支链上,合成了一系列超支化铂乙炔聚合物有机热电材料。铂乙炔配合物嵌入聚合物支链中,能改善材料的溶剂抗腐蚀性能,提升材料的电导率经,FeCl3掺杂最高可达76.3 ± 1.6 S cm-1。4、选取了热电性能比较好的P(TBT-Pt)以及不含铂炔结构的PTBT分别与SWCNT复合研究铂炔结构对聚合物/SWCNT复合材料热电性能的影响。变温下P(TBT-Pt)/SWCNT复合材料的最高PF值为158.6 μW m-1 K-2,制备的柔性热电器件具有很高的输出功率值 (2190.7 nW, ΔT = 70 K),是迄今为止p型聚合物/SWCNT复合材料基器件输出功率值最高的器件之一。综上所述,本项目的研究揭示了聚合物结构与热电性能的关系,在n-型聚合物热电材料上取得了突破,为高性能热电材料的研究提供了新的思路。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.cej.2019.122650
发表时间:2020-02-01
期刊:CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
影响因子:15.1
作者:Niu, Ruixue;Pan, Chengjun;Wang, Lei
通讯作者:Wang, Lei
Significantly Enhanced Power Factors of p-Type Carbon Nanotube-Based Composite Films by Tailoring the Peripheral Substituents in Porphyrin
通过调整卟啉的外围取代基显着提高 p 型碳纳米管基复合膜的功率因数
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b02337
发表时间:2019-05
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering
影响因子:8.4
作者:Yan Zhou;Xiaojun Yin;Yijia Liu;Xiaoyan Zhou;Tao Wan;Shichao Wang;Chunmei Gao;Lei Wang
通讯作者:Lei Wang
DOI:10.1016/j.reactfunctpolym.2019.05.015
发表时间:2019-09
期刊:Reactive and Functional Polymers
影响因子:5.1
作者:Chunxiang Wei;Luhai Wang;C. Pan;Zhongming Chen;Hongbin Zhao;L. Wang
通讯作者:Chunxiang Wei;Luhai Wang;C. Pan;Zhongming Chen;Hongbin Zhao;L. Wang
DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.03.028
发表时间:2019-05
期刊:Journal of Power Sources
影响因子:9.2
作者:Yan Zhou;Yijia Liu;Xiaoyan Zhou;Yuan Gao;Chunmei Gao;Lei Wang
通讯作者:Lei Wang
DOI:10.1039/d0tc00049c
发表时间:2020-06
期刊:Journal of Materials Chemistry C
影响因子:6.4
作者:Houbo Zhou;Chunmei Gao;Tongchao Liu;Chengjun Pan;Lei Wang
通讯作者:Lei Wang
高温燃料电池催化层中磷酸分布的可控化设计与质子传输通道构建
  • 批准号:
    22379099
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    王雷
  • 依托单位:
外周血髓系细胞作为预后及预测性标志物的单细胞多组学研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王雷
  • 依托单位:
高性能聚噻吩衍生物/无机复合热电材料的制备与性能研究
  • 批准号:
    51003060
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    王雷
  • 依托单位:
国内基金
海外基金