基于电解质的单次电位应用：使用交联的超强碱阳离子实现热稳定型N型碳纳米管，并调节其热电性能

碳纳米管（CNTs）作为有机热电材料，通过双环胍类超 bases 的交联设计可提升热稳定性和湿度稳定性。研究分为两部分：1）合成含癸基的非交联超 bases 掺杂 CNTs，发现交联对维持n型掺杂至关重要，平面分子结构增强热稳定性，疏水烷基链抑制湿度影响；2）将交联超 bases 阳离子 incorporated 到电解液中，实现电化学掺杂调控载流子密度与极性，使热电功率因子达230 mW m-1 K-2（p型）和108 mW m-1 K-2（n型），经1000小时老化测试仍保持稳定。

　　

摘要

碳纳米管（CNTs）是一种有前景的有机热电（TE）材料，但其n型掺杂状态的不稳定性限制了全碳纳米管热电模块的发展。此前，一种双环胍类超碱被确定为高效的、热稳定的n型掺杂剂，其与两个超碱通过十烯链连接形成的交联版本增强了其热稳定性和湿度稳定性。在这项研究中，首先合成了一个不含交联结构的、带有癸基的超碱，并用它来掺杂碳纳米管。评估了结构对掺杂稳定性的影响。热稳定性和湿度稳定性测试表明，交联对于维持n型特性至关重要。超碱部分的平面分子结构以及疏水性烷基链分别有助于提高n型掺杂碳纳米管的热稳定性和湿度稳定性。其次，将交联的超碱阳离子引入电解质中用于电化学掺杂。这种超碱阳离子能够稳定掺杂后的碳纳米管，使其在老化过程中（在空气中100°C下放置1000小时）仍保持n型特性。这种方法可以精确控制电子和空穴的密度，提高热电功率因子（p型和n型分别为230 mW m^?1 K^?2），并通过与阳离子和阴离子物种的配位作用稳定掺杂态，从而证明了分子设计在实现稳定、高性能n型碳纳米管中的重要性。

图形摘要

通过对碳纳米管（CNTs）上的双电层进行充电，可以通过在电解质中施加一次电势来以可控的密度和极性将载流子注入碳纳米管中。通过使用双环有机超碱阳离子来定制电解质的分子结构，可以制备出具有p型和n型极性以及可调热电性能的热稳定碳纳米管。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。