原子尺度调控二维共价有机框架热电性能的机理研究及设计新策略

来自国际团队的研究人员通过多尺度第一性原理计算框架，结合模型驱动与数据驱动方法，揭示了共价有机框架(COFs)材料热电性能的原子级调控机制。研究发现通过原子级化学修饰可连续调控热电优值(ZT)，其中高载流子迁移率和低晶格热导率是关键。该研究为设计高性能热电COFs材料提供了理论基础。

　　

这项突破性研究深入探索了二维共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)在热电转换领域的原子级奥秘。通过创新的多尺度计算方案，研究人员构建了同时描述晶格振动(声子)和电荷载流子动力学的集成框架，将传统合成-性能关系提升至原子层次理解。

研究发现，COFs材料的热电优值(ZT)可通过原子级化学修饰实现连续调控，其优异性能源于两大关键因素：高迁移率(mobility)的电荷传输和显著降低的晶格热导率(lattice thermal conductivity)。特别有趣的是，采用相对较重元素进行取代可增强层间电子耦合(interlayer electronic couplings)，有效缓解本征堆垛无序带来的负面影响。

更精妙的是，这种原子取代策略同时诱导了更多低频光学声子(low-frequency optical phonons)和软化声学模(softened acoustic modes)，大幅增强了振动非谐性(vibrational anharmonicity)，从而显著抑制热传输。这些发现为设计新一代高性能热电COFs材料提供了原子级指导原则，有望推动低成本、低毒性的有机热电材料在能量收集和温控领域的应用。