基于“船闸”机制的热电材料：协同热电与光电效应实现载流子高效传输的新策略

本研究创新性地提出“船闸（ship-lock）”机制，通过共价有机框架材料COF-TpDPP在红光下的能带压缩效应和热电（TE）特性，重构WO3/CdS异质结的载流子迁移路径，实现光电流30%的提升。该工作为开发新型热电-光电（PE）协同材料提供了新思路，在能源管理、危险废物处理和环境监测领域具有重要应用价值。

　　

Highlight

通过调控热驱动电场协同热电与光电效应——基于“船闸”机制的热电材料新发现

Characterization of COF-TpDPP-based TE material

采用逐层水热/溶剂热法成功构建了三明治结构的FTO/WO₃/COF-TpDPP/CdS复合材料（ Supplementary Materials 图S1）。首先通过加热Na₂WO₄·2H₂O、(NH₄)₂C₂O₄、HCl和乙醇混合溶液在FTO基底上生长WO₃纳米片，经500°C退火2小时后形成100-150 nm宽度的纳米片结构（扫描电镜图1A，原子力显微镜图S3）。随后通过Tp与DPP单体的界面聚合在WO₃层上构建COF-TpDPP薄膜，最终通过水热法沉积CdS纳米颗粒完成三元复合体系的制备。

Conclusions

本研究提出的“船闸”机制生动阐释了COF-TpDPP热电效应（TE）对光电流的增强作用。开尔文探针力显微镜（KPFM）分析表明：相较于单一白光照射，白光与红光协同照射下的样品呈现出更优化的电场结构——从"谷地式"转变为"梯田式"，这种重构有效促进光生电子的定向传输并抑制其与空穴复合，从而显著提升光电流输出。密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示COF-TpDPP的层状堆叠结构导致能带压缩，诱导导带偏离中心位置（off-centering behavior），在红光激发下产生显著热电效应。该材料如同"水泵"般将CdS的电位重新分配至自身，构建出更利于载流子迁移的电场环境。基于此原理开发的可溶性总有机碳检测装置，展现出该体系在环境监测应用中的巨大潜力。