長期以來，摻雜被認(rèn)為是調(diào)控聚合物載流子濃度從而優(yōu)化熱電性能的必要條件。但是，摻雜劑不可避免地破壞聚合物的堆積結(jié)構(gòu)，影響電荷輸運(yùn)性質(zhì)，從而降低熱電性能。另一方面，由于聚合物的摻雜效率低，實(shí)現(xiàn)高的載流子濃度也是一個巨大的挑戰(zhàn)。近期，利用紫外-光電子能譜，人們發(fā)現(xiàn)在一些二維層狀過渡金屬-有機(jī)復(fù)合材料中具有零帶隙和本征優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬行為。這說明它們具有作為無需摻雜熱電材料的潛能。然而，迄今為止，本征的金屬行為還沒有在具有線性骨架的導(dǎo)電聚合物中報道。
新加坡科技局（Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)）高性能計(jì)算研究所（Institute of High Performance Computing (IHPC)）的Shuo-Wang Yang（楊碩望）博士（通訊作者）團(tuán)隊(duì)綜合利用密度泛函理論、第一性原理分子動力學(xué)模擬、玻爾茲曼輸運(yùn)理論和形變勢理論首次證實(shí)具有線性骨架的鎳配位乙烯基四硫醇聚合物（poly(Ni-C2S4)）及它的三種類似物，即poly(Ni-C2Se4)、poly(Pd-C2S4)和poly(Pt-C2S4)同時具有本征的金屬行為和優(yōu)良的熱電性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)聚合物鏈間的硫-硫或硒-硒非鍵吸引相互作用是導(dǎo)致這一類材料具有金屬能帶行為的本質(zhì)原因。同時，他們還證實(shí)這一類材料在室溫下具有適中的載體濃度（1019-1021 cm-3）和高的電導(dǎo)率（103-104 S cm-1）。其中，poly(Ni-C2S4)、poly(Ni-C2Se4)和poly(Pd-C2S4)展現(xiàn)出優(yōu)良的熱電功率因子（~ 103 μW m-1 K-2）。這一量級可以與目前最好的有機(jī)熱電材料相匹敵。該工作近期發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.，的第一作者為新加坡科技局高性能計(jì)算研究所的石文博士。
此前，Shuo-Wang Yang博士團(tuán)隊(duì)就綜合利用密度泛函理論、密度泛函微擾理論、玻爾茲曼輸運(yùn)理論、形變勢理論和緊束縛模型研究了20種不同d8過渡金屬配位聚合物鏈內(nèi)電子型熱電性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)金屬d軌道成分對導(dǎo)帶底貢獻(xiàn)少有利于減弱電-聲子耦合，進(jìn)而提高遷移率，最終提高功率因子。此外，低能量的聲學(xué)聲子散射貢獻(xiàn)占總聲子散射的89%。該工作的第一作者為石文博士（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b13877）。同時，該團(tuán)隊(duì)還以鎳配位的苯連四硫酸鹽聚合物及它的五種衍生物為例，研究了有機(jī)配體對鏈內(nèi)空穴型熱電性能的影響。他們提出好的有機(jī)配體和金屬-四硫化物片段的前線分子軌道匹配，有利于減弱電-聲子耦合，從而實(shí)現(xiàn)高的遷移率，最終提高功率因子。該工作的第一作者為雍雪博士和石文博士（J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA07344A）。
