铜掺杂的镍苯-1,3,5-三羧酸金属-有机框架的热电性能

《Inorganic Chemistry Frontiers》：Thermoelectric performance of a copper-doped nickel benzene-1,3,5-tricarboxylate metal–organic framework

本研究通过铜掺杂镍苯酸三羧酸盐（NiBTC）金属有机框架材料，优化其热电性能。采用XRD、FTIR及电子显微镜验证合成结构，发现掺杂铜离子显著提升载流子浓度和迁移率（导电性提高10%），同时空心结构降低热导率。实验表明，最佳掺杂量15%时热电优值达0.571，为MOF热电应用提供新方向。

　　

金属有机框架（MOFs）由金属阳离子和通过配位键连接的有机配体组成，具有出色的孔隙率和可调性能，因此在热电应用中具有巨大潜力。然而，大多数MOFs的导电性较低，这限制了它们在热电设备中的应用。将过渡金属离子掺入MOF体系可以提高其导电性，从而实现热电转换。本研究探讨了掺铜的镍苯-1,3,5-三羧酸盐（NiBTC）的热电性能，以优化其载流子浓度和迁移率。首先将NiBTC制备成空心结构以增强声子散射效果，然后通过掺铜来调节其导电性和塞贝克系数。通过XRD、FTIR光谱和电子显微镜等多种表征技术验证了合成结果。掺铜显著提高了NiBTC的导电性（约10%），但略微降低了其塞贝克系数；然而，高掺杂水平（15%）会产生CuBTC副产物，对性能产生负面影响。研究结果表明，用Cu²⁺替代Ni²⁺可以提高载流子浓度和迁移率，从而提升其电性能，而空心结构则降低了其热导率。优化后的Cu–NiBTC复合材料表现出良好的热电性能，在473 K时的最大优值（ZT）为0.571。本研究凸显了基于MOFs的复合材料在热电应用中的潜力，为未来能源收集技术的发展奠定了基础。