[发明专利]一种卟啉/碳纳米管复合热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种卟啉/碳纳米管复合热电材料及其制备方法，所述卟啉/碳纳米管复合热电材料由卟啉分子和单壁碳纳米管复合而成，所述卟啉分子附着在单壁碳纳米管上，所述卟啉分子的结构式如下式所示中的一种：。该材料具有良好的热电性能以及一定的机械性能，使得该有机热电薄膜材料有望应用于柔性可穿戴热电设备以及热电器件中。与传统无机热电材料相比，本发明制备方法简单可行、成本低廉、低毒、易于加工成型。

技术领域

本发明涉及有机热电材料领域，尤其涉及一种卟啉/碳纳米管复合热电材料及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化的发展，环境污染与能源危机日益严重，直接影响人类的身体健康与生活质量。此外，人类对能源的需求不断增长，常规能源已经面临枯竭。在可持续能源需求急速增加的背景下，寻找高效、无污染的新的能量转换利用方式，充分利用工业生产和日常生活中产生的热量，提高能源使用效率迫在眉睫。热电材料，是一种可以实现电能和热能之间的直接能量转换的功能性材料，在工业废热回收、热电致冷领域和器件的研发领域有着广泛的应用。最近，有机和有机/无机复合热电材料由于其机械柔韧性，低导热性，高电导率而受到极大关注。

热电材料的能量转换效率可以通过它们的无量纲因数(ZT)来定义，ZT＝S²σT/κ，其中S为Seebeck系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为导热系数。因此，高的Seebeck系数，电导率和低热导率有助于更高的ZT值。

近年来，无机热电材料的研发取得了很大进展。然而，这些材料由于其高热导率，毒性，高成本，加工困难等缺点严重阻碍了进一步发展。有机热电材料由于其低成本，结构多样，低热导率，易加工，低毒等优点，得到人们的广泛关注，在热电领域具有很大的应用前景。由于有机热电材料具有较低的热导率，其热电性能也可通过功率因子(PF＝S²σ)来评估。

碳纳米管是广泛使用的热电材料之一，因为其具有高的导电性，高载流子迁移率，优异的柔韧性和sp²平面结构，然而，其固有的高热导率和低Seebeck系数是主要缺点，严重限制了它们在热电器件中的实际应用。单壁碳纳米管/聚合物类材料广泛应用于热电领域，与此形成鲜明对比的是，高效且稳定的单壁碳纳米管/有机小分子类热电材料仍然滞后，尽管有机小分子半导体具有结构准确，纯度高，合成方法简单，成本低等优势。现有的有机p-型热电材料的功率因子比较低，再加上材料结构与热电性能之间关系不明确，严重阻碍了有机热电材料的进一步商业化。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种卟啉/碳纳米管复合热电材料及其制备方法，旨在解决现有的无机热电材料高热导率，毒性，高成本，加工困难等缺点的问题。

本发明的技术方案如下：

一种卟啉/碳纳米管复合热电材料，其中，所述卟啉/碳纳米管复合热电材料由卟啉分子和单壁碳纳米管复合而成，所述卟啉分子附着在单壁碳纳米管上，所述卟啉分子的结构式如下式所示中的一种：

进一步地，所述卟啉分子与单壁碳纳米管的质量比为1：10、1：5、1：3、1：2或1：1。

更进一步地，所述卟啉分子与单壁碳纳米管的质量比为1：2。

一种本发明所述的卟啉/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，包括步骤：

将化合物A和化合物B混合在二氯甲烷中，通氮气0.5-1h，然后滴加1-1.2mL的三氟乙酸，搅拌1-2h；然后加入2，3-二氯-5，6-二氰对苯醌，再搅拌1-1.5h，加入三乙胺进行淬灭反应；

将反应后的混合液浓缩，通过柱层析得到卟啉分子；

将得到的卟啉分子和单壁碳纳米管混合于氯苯中，在惰性气体环境下超声分散4-6小时；