深圳大学高春梅团队在热电材料领域取得系列进展

近日,深圳大学化学与环境工程学院高春梅老师在有机/碳纳米管复合热电材料研究领域取得了阶段性进展(www.uiuj.cn)。

热电材料可以实现热能与电能之间的相互转换,将热电材料用于工业废热、汽车尾气余热回收来进行发电,或用于制备空调系统,不仅可提高燃油的利用率,还可降低废气的排放,保护环境。但目前有机小分子碳纳米管复合热电材料的研究却较少,且有机分子的结构与热电性能的关系还不清楚,其性能有待于进一步提高。

1) 将硼氮衍生物(BNs)作为n型掺杂剂增强了碳纳米管(SWCNTs)的热电性能,并在期刊《Chemical Engineering Journal》(影响因子10.658,中科院JCR1区, TOP期刊)上发表题为《Tuning the structure of borane-nitrogen derivatives towards high-performance carbon nanotubes-based n-type thermoelectric materials》的学术论文。该课题组毛先华硕士研究生为第一作者,高原教授和高春梅老师为通讯作者。深圳大学化学与环境工程学院为唯一通讯单位。

该论文将具有一定还原性的BNs引入碳纳米管,系统地研究了具有不同还原能力的BNs对SWCNTs热电性能的影响。其中性能最好的碳纳米管/硼烷吡啶(SWCNT/PYB)复合材料功率因子(PF)在室温下达到193.6 μWm−1 K−2,这是迄今为止报道的基于含硼SWCNT复合材料的最高PF值。将纯SWCNTs(p型)和SWCNTs/PYB(n型)连接制作成热电器件,在温差66 K时,开路电压为28.8 mV,输出功率为1.15 μW。

2) 研究了二茂铁及其衍生物对碳纳米管热电性能的影响,发现溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)可以协同增强复合材料的热电性能,并在期刊《Chemical Engineering Journal》(影响因子10.658,中科院JCR1区, TOP期刊)上发表题为《Combined effect of N-methyl pyrrolidone and ferrocene derivatives on thermoelectric performance of n-type single-wall carbon nanotube-based composites》。该课题组聂秀秀硕士研究生为第一作者,高春梅老师为通讯作者。深圳大学化学与环境工程学院为唯一通讯单位。

该论文将N,N-二甲基氨基(FcMA)引入二茂铁侧链,发现可以协同增加二茂铁的n-型掺杂能力,复合材料功率因子(PF)在室温下达到567.54 μWm−1 K−2,这是迄今为止报道的基于有机小分子SWCNT复合材料的最高PF值之一。

3) 发现液晶小分子(HAT6)可提高碳纳米管P-型热电材料的性能, 并在期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》(影响因子7.632,中科院JCR1区, TOP期刊)上发表题为《Promoting the Thermoelectric Performance of Single-Walled Carbon Nanotubes by Inserting Discotic Liquid-Crystal Molecules》。该课题组博士后李欣欣为为第一作者,高春梅老师为通讯作者。深圳大学化学与环境工程学院为唯一通讯单位。

该论文将盘状液晶小分子(HAT6)引入碳纳米管,可以形成能量过滤效应,提高材料的Seebeck系数,进一步提升功率因子。当HAT6与碳纳米管的质量比为0.25:1时,材料的性能最佳,室温功率因子为408.23 μWm−1 K−2。

这些工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的支持。

来源:深圳大学

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720327443

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721013048

https://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acssuschemeng.0c08403

公司名称:济南金方圆液压机械有限公司