有機-無機複合熱電材料不僅具有有機材料質輕、高延展性、低成本、易製備等優點，而且可以獲得比純有機材料更加優異的熱電性能，近年來持續受到熱點關注。然而，傳統的採用原位聚合或機械混合法製得的有機/無機複合熱電材料，存在著無機納米顆粒難分散、易氧化、粒徑大小難以控制以及無機相添加量過大（通常>25wt%）等問題，削弱了實際的複合效果，極大地阻礙了有機/無機複合熱電材料的進展。近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員陳立東、副研究員姚琴的研究團隊在聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）基有機/無機複合熱電材料領域取得新進展。該團隊採用新型氧化劑，通過自抑制聚合法，獲得了高膜厚無氣孔 PEDOT:DBSA-Te 量子點複合熱電薄膜，相關成果相繼發表於
NPG Asia Materials, 2017, 9, 405；Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 8037–8042，並獲得授權專利一項。研究團隊首先通過設計調控導電高分子對陰離子的分子結構來調控對陰離子的位阻，實現了薄膜自抑制法聚合（SIP）新工藝，獲得了高性能可應用的PEDOT厚膜材料，使得便捷製備微米級高電導率（> 103S/cm）PEDOT 薄膜成為可能。在此研究基礎上，在自抑制效果下實現了高膜厚無氣孔PEDOT:DBSA-Te 量子點複合薄膜的同步生成。通過新型 Fe(III)氧化劑的自抑制作用，實現了 PEDOT 基體對均勻分散 Te 顆粒的緊密包覆，成功抑制了 Te 納米顆粒的氧化。進一步通過調節氧化劑的比例可以控制 Te 含量和粒徑，最小粒徑可達到量子點級（<5nm）。最終，通過 Te 量子點的高效聲子散射機制，在較低的 Te 添加量下（2.1 ~ 5.8 wt%），實現了澤貝克係數和電導率的同時提升，獲得了功率因子超過100 mW/mK2的複合薄膜，比純的 PEDOT:DBSA 基體提高了50%以上。該項研究為未來有機-無機複合納米熱電材料製備展示了新的方法和思路。下一步，該團隊將探索更多基於此方法的 PEDOT 基複合材料的合成以及相關器件的製作。
相關研究工作得到了“973”項目、國家自然科學基金、上海市科委等的資助。
自抑制法制備 PEDOT 厚膜和 PEDOT/Te 量子點複合薄膜路線圖
不同 Te 含量的 PEDOT/Te 複合薄膜的 SEM、AFM 和 HTEM 圖像
不同 Te 含量的 PEDOT/Te 複合薄膜的電導率、澤貝克係數和熱電功率因子
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