有机热电材料作为未来清洁能源发展的主要方向之一,近年来取得了长足的发展。其中,p-型(空穴传输)半导体材料电导率已经高达2000 S cm-1 ,但是n-型(电子传输)半导体材料的发展却相对滞后,这严重限制了有机热电材料的进一步应用。因此,发展低成本和性能优异的热电材料势在必行。
近日,威尼斯官网史永强课题组采取以吡嗪环为主体,引入氰基取代基的策略,设计并合成出两个结构简单的缺电子构建单元CNPz和DCNPz。并在其基础上合成了两种受体-受体型聚合物P(DPP-CNPz)和P(DPP-DCNPz)。单体CNPz和DCNPz缺电子单元的合成只需要由廉价原料进行一步反应和三步反应得到,可以为下一步热电材料实际应用提供借鉴意义。
吡嗪和氰基强吸电子单元的引入,实现了材料的n-型电子传输性能。氰基的引入没有破坏分子的共平面性,这些优点使聚合物材料器件性能也格外优越。在N-DMBI掺杂剂掺杂下,P(DPP-CNPz)和P(DPP-DCNPz)的最佳电导率和功率因子分别为25.3 S cm-1和41.4 μW m-1 K-2,以及33.9 S cm-1和30.4 μW m-1 K-2。
这些结果表明,CNPz和DCNPz是一种很有前途的缺电子构建单元,其结构简单,价格低廉,同时可以获得高性能的n-型聚合物半导体。这一设计策略可以为后续设计高性能n-型有机半导体材料提供借鉴意义。
该工作得到国家自然科学基金和安徽省高峰学科项目的支持,相关成果以“Cyano-Functionalized Pyrazine: A Structurally Simple and Easily Accessible Electron-Deficient Building Block for n-Type Organic Thermoelectric Polymers”为题发表在国际化学顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202319658)。该论文第一作者为威尼斯官网威尼斯8866992021级硕士研究生涂丽君,史永强老师为该论文的唯一通讯作者。