现代科技日新月异的发展和人们生活水平的不断提高使得人们越来越依赖电能，其消耗量也越来越高。直至今日，火力发电虽仍然是最主要的发电方式，但能源转换率低、大量废热及二氧化碳排放等环境问题却日益凸显。作为一种新型的绿色能源材料，热电聚合物在发电的过程中无任何排放，且兼具柔软、质轻、低毒、结构可调性高和易于加工等优点，因而近年来越来越受到人们的关注。然而，相对于这些年层出不穷的新型热电聚合物的报道，对怎样的结构特点更有利于使聚合物展现更高的热电效率一问题的研究却较为罕见。

近日，香港理工大学黄维扬教授课题组以聚席夫碱为研究对象，详细探讨了同种聚合物结构单元搭配不同连接基团（即C=C与C≡C）对聚合物-单壁碳纳米管（SWCNT）复合物的热电性能的影响。研究结果表明，随着掺杂比的逐渐升高，复合物形貌从聚合物大块团聚颗粒与网状SWCNT的共存结构变化为均匀、致密的连续表面。拉曼光谱证明了复合物中存在聚合物与SWCNT间的π-π相互作用（图1）。

热电性能测试结果表明随着掺杂比的升高，复合物的电导率逐渐升高，但塞贝克系数却未呈现明显变化。此外，作者还通过使聚席夫碱与过渡金属离子Co²⁺、Ni²⁺，Cu²⁺配位的方法对复合物的热电性能加以调控。相比之下作者发现，复合物P1-SWCNT、P1-CoCl₂-SWCNT及P1-NiCl₂-SWCNT在掺杂比超过45%时，其功率因子（power factor）均较含C≡C的对应复合物高（图2）。

另外，光谱实验证明了聚合物P1比P2具有更窄的带隙，而这对实现更高的电导率时有利的。通过对模型化合物的研究，我们推测聚合物P1的相邻链段很可能更倾向于采取一种共平面或接近共平面的分子构象。这种平面化的构象更有利于增大聚合物与SWCNT之间的接触面积，增强二者间的相互作用，进而实现更高的热电性能。相比之下，P2中的相邻链段间可能存在较大的二面角。这种高度扭曲的构象不利于聚合物与SWCNT产生更好的接触，因而可能不利于实现较高的热电性能（图3）。

作者希望该工作可以对今后基于聚合物的热电材料设计提供参考价值。

论文信息：

Effect of the Linking Group on the Thermoelectric Properties of Poly(Schiff Base)s and Their Metallopolymers

Jiahua Li, Zitong Wang, Dr. Zelin Sun, Dr. Linli Xu, Prof. Wai-Yeung Wong

Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202100530

Chemistry – An Asian Journal