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新加坡国立大学欧阳建勇团队《AFM》：金属有机框架显著增强离子液体的热电压

时间：2023-05-27 来源： 浏览：

新加坡国立大学欧阳建勇团队《AFM》：金属有机框架显著增强离子液体的热电压

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有效地收集地球上丰富的余热，对于可持续发展具有重要意义。热电材料可以直接将热能转化为电能， 离子热电材料 比如 离子液体 被认为是下一代的热电材料。离子液体具有很多优势，其熔点低且不挥发，其离子热电压达到10 -1 到10 0  mV K -1 ，离子电导率为10 -2 到10 1  mS cm -1 。 除了高热电压和高电导率外，离子液体具有较低的热导率，因而具有良好的热电性能 。进一步开发新的方法来提高其热电性能，尤其是热电压，对于开发高性能离子热电器件是很重要的。

最近， 新加坡国立大学 欧阳建勇教授 团队 通过引入金属有机框架（ZIF-8），显著增强了离子液体（EMIM:DCA）的热电压 。 通过添加40 wt%的ZIF-8，可以大副提高EMIM:DCA室温下的离子热电压， 从8.8 mV K -1 增加到了31.9 mV K -1 （图1a），而ZIF-8/EMIM:DCA混合物在ZIF-8负载为10 wt%时，可以表现出高达 3.1的热电优值（ZT i ），明显高于纯EMIM:DCA的0.59 （图1b）。热电压的增强是由于ZIF-8增加了阳离子EMIM + 和阴离子DCA - 迁移率的差距。DCA - 比EMIM + 小，ZIF-8的孔径大小恰好使DCA - 的输运受到ZIF-8的阻碍，而EMIM + 可以绕过ZIF-8（图2）。
图1. 在80%，55%和30%相对湿度(RH)下，ZIF-8/EMIM:DCA混合物的a) 离子热电压和a) 热电优值随ZIF-8负载的变化。
图2. DCA-阴离子被束缚在ZIF-8笼中的示意图。
基于ZIF-8/EMIM:DCA的混合物，他们构筑了离子热电电容器（ITEC），用于热电转换（图3）。在一个完整的热电循环过程中，阶段II和IV期间对外做功。
此项工作为开发高性能离子热电材料提供了新思路。 新加坡国立大学欧阳建勇教授 是该工作的通讯作者，新加坡国立大学 博士研究生钱琦 为第一作者。
图3. a) 由ZIF-8/EMIM:DCA的混合物构筑的离子热电电容器（ITEC）的示意图。b) 外接电阻为10 kΩ的电压和温度梯度曲线。(c)不同阻值的外接电阻的电压曲线的阶段II。(d) ITEC在阶段II和IV向外接电阻提供的平均功率密度与外接电阻阻值的关系。

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参考文献:
Qian, Q., Cheng, H., Le, Q. and Ouyang, J., Great Enhancement in the Thermopower of Ionic Liquid by a Metal-Organic Framework. Adv. Funct. Mater. 2023 2303311. https://doi.org/10.1002/adfm.202303311
来源：高分子科学前沿
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