极化子界面熵作为DAE掺杂PEDOT:PSS薄膜实现高热电性能的途径

在有机热电材料中，PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩-聚(4-苯乙烯磺酸))薄膜受到了广泛的关注，但由于氧化态较高，塞贝克系数较低，为10-20μVK-1在PEDOT聚合物链中，人们为提高塞贝克系数付出了相当大的努力。

一种策略是通过用还原溶液进行后处理，将乙撑二氧噻吩单元的氧化态从醌型转变为苯甲酰型。或者，通过添加无机热电纳米颗粒例如Bi2Te3和Te来实现热电性能的增强。然而，克服塞贝克系数和电导率之间的内在耦合仍然很困难。

在《国家科学评论》上发表的一篇研究文章中，南方科技大学、北京大学和中科院化学研究所的科学家报告了利用紫外光诱导直接操纵PEDOT:PSS薄膜中的极化子界面占据熵PEDOT和二芳基乙烯之间发生共振，从而实现热电势从13.5μVK-1提高到135.4μVK-110倍，而电导率几乎不变。

他们引入了一种界面态，用光致变色DAE来定制PEDOT:PSS的极化子界面占据熵。DAE分子的立体结构在紫外光照射下可以从开环结构转变为闭环结构。

由于平面闭环DAE和PEDOT分子链相似的CC=CC键，它们之间形成了新的极化子界面态，它们通过弱相互作用相互耦合。极化子有效地引入了新的电子态或可以容纳载流子的位置。这些状态的占据有助于增加熵，因为它扩大了电荷载流子的可能排列。

熵的增加会对材料的热电势(塞贝克系数)产生重大影响。由界面处的极化子提供的更多可用电子态可以通过允许更多电荷载流子参与热电过程来导致热电势的增加。

通过利用PEDOT和二芳基乙烯之间的紫外光诱导共振来操纵PEDOT:PSS薄膜中的极化子界面占据熵，他们实现了10倍的热电势增强，从13.5μVK-1到135.4μVK-1，而电学特性几乎不变。电导率。此外，他们还观察到所制备的PEDOT:PSS-xDAE薄膜的热功率随DAE浓度和紫外光强度的增加而增加。

他们还利用拉曼光谱获得了DAE和PEDOT在UV调制下耦合的直接实验证据。因此，DAE和PEDOT之间的共振耦合通过DFT计算的温度相关热电势和键合能得到验证。

总之，他们发现了一种通过DAE和PEDOT之间的UV诱导共振耦合直接操纵PEDOT:PSS薄膜中极化子界面占据熵的方法。他们的工作为解耦有机热电薄膜的热电性和电导率之间的联系提供了见解。

此外，这项工作还增加了设计热电有机热电的新途径以及耦合紫外光、温度梯度和电场的独特平台。