自抑制法制備PEDOT厚膜和PEDOT/Te量子點(diǎn)復(fù)合薄膜

有機(jī)-無機(jī)復(fù)合熱電材料不僅具有有機(jī)材料質(zhì)輕、高延展性、低成本、易制備等優(yōu)點(diǎn)，而且可以獲得比純有機(jī)材料更加優(yōu)異的熱電性能，近年來持續(xù)受到熱點(diǎn)關(guān)注。印刷方法制備了高導(dǎo)電的PEDOT:PSS/AgNW雜化透明薄膜。然而，傳統(tǒng)的采用原位聚合或機(jī)械混合法制得的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合熱電材料，存在著無機(jī)納米顆粒難分散、易氧化、粒徑大小難以控制以及無機(jī)相添加量過大（通常>25wt%）等問題，削弱了實(shí)際的復(fù)合效果，極大地阻礙了有機(jī)/無機(jī)復(fù)合熱電材料的進(jìn)展。

近日，中國科x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(tuán)隊(duì)在聚3,4-乙烯二氧s吩（PEDOT）基有機(jī)/無機(jī)復(fù)合熱電材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展。電容器陰極材料采用PEDOT/PSS薄膜，一方面可以大幅度降低電容器的等效串聯(lián)電ESR，改進(jìn)容量-頻率、阻抗-頻率特性。該團(tuán)隊(duì)采用新型氧化劑，通過自抑制聚合法，獲得了高膜厚無氣孔PEDOT:DBSA-Te量子點(diǎn)復(fù)合熱電薄膜，相關(guān)成果相繼發(fā)表于NPG Asia Materials,2017,9,405；Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,8037–8042，并獲得授權(quán)專利一項(xiàng)。

進(jìn)一步通過調(diào)節(jié)氧化劑的比例可以控制Te含量和粒徑，x粒徑可達(dá)到量子點(diǎn)級（<5nm）。PSS在ITO基片上旋涂作為空穴傳輸層,并且在旋涂PEDOT∶PSS的過程中在與ITO玻璃平面垂直的方向施加一個(gè)誘導(dǎo)聚合物取向的高壓電場,試驗(yàn)著重研究了所加電場強(qiáng)度對雙層器件:ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/Al器件性能的影響。終，通過Te量子點(diǎn)的聲子散射機(jī)制，在較低的Te添加量下（2.1~5.8 wt%），實(shí)現(xiàn)了澤貝克系數(shù)和電導(dǎo)率的同時(shí)提升，獲得了功率因子超過100 mW/mK2的復(fù)合薄膜，比純的PEDOT:DBSA基體提高了50%以上。該項(xiàng)研究為未來有機(jī)-無機(jī)復(fù)合納米熱電材料制備展示了新的方法和思路。下一步，該團(tuán)隊(duì)將探索更多基于此方法的PEDOT基復(fù)合材料的合成以及相關(guān)器件的制作。

單體3，4-乙撐二氧噻吩(EDOT)的合成情況

J、D、Stenger-Smith et．a(chǎn)ll于1998年采用下述方法合成了EDOT。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作為空穴傳輸層的鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，電池由下到上依次包括透明導(dǎo)電襯底、MoO3/PEDOT:PSS空穴傳輸層、鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層和反射電極。反應(yīng)從l代二甘酸(HOOCH –s-CH COOH)開始，通過一系列的步驟合成2，5-二羧酸-3、4-乙撐二氧噻吩，然后通過催化劑脫羧而制成了3、4-乙撐二氧噻吩

該合成法產(chǎn)率低，成本高。改進(jìn)或找到一種新的合成方法以提高EDOT的產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本是當(dāng)前科研工作者的主要任務(wù)。筆者在合成EDOT的過程中對該方法進(jìn)行了一些改進(jìn)，如引入相轉(zhuǎn)移催化劑和沸石分子篩，提高了EDOT的產(chǎn)率。

PEDOT:PSS的應(yīng)用領(lǐng)域:太陽能電池

    與傳統(tǒng)無機(jī)電池相比，聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可濕法成膜大面積制造，可做柔性器件等優(yōu)點(diǎn)。厚膜電致發(fā)光：可經(jīng)絲網(wǎng)印刷，制得透明電極，例如可用于厚膜電致發(fā)光。PEDOT/PSS應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下方面：一方面作為透明的導(dǎo)電層沉積在電極活性層表面或是沉積在電極基材表面；另一方面作為緩沖層沉積在透明電極和活性層之間。

PEDOT:PSS的應(yīng)用領(lǐng)域:電致變色材料

    導(dǎo)電高分子的電致變色研究是電致變色領(lǐng)域中的重要研究方向。低溫全溶液加工非常適合印刷﹑卷對卷和刮涂加工，并且使柔性O(shè)SC產(chǎn)品具有低成本的優(yōu)勢。PEDOT/PSS水性涂料自身優(yōu)異的可加工性為規(guī)模制造大面積的電致變色器件提供了可能性。這類材料可應(yīng)用于電致變色智能窗、電致變色顯示器、無眩反射鏡、電色儲存器件、紅外發(fā)s器件、雷達(dá)吸波材料等多個(gè)領(lǐng)域。

原位聚合法不需要特殊設(shè)備、操作簡單、膜厚可控、可涂布于各種形狀的表面，尤其對找不到合適溶液的導(dǎo)電聚合物和某些特殊表面具有優(yōu)勢，且聚合方式種類多樣，合成PEDOT薄膜的全過程中可通過摻雜改變聚合物結(jié)構(gòu)，獲得的聚合物電導(dǎo)率高、應(yīng)用前景廣闊，是制備PEDOT薄膜對電極新的趨勢。在陽極ITO電極上涂布一層PEDOT/PSS能大大提高了器件的性能：提高發(fā)光效率，降低開路電壓，延長器件壽命。 與以往傳統(tǒng)的和碳對電極相比，PEDOT具有高電導(dǎo)率、透明性以及柔性等優(yōu)點(diǎn)。三種薄膜制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，促進(jìn)了PEDOT薄膜對電極的發(fā)展，也使得DSSC取得了巨大的進(jìn)步。