通过新型有机金属分子结实现纳米级热电

塞贝克效应是一种热电现象，当导体两端存在温差时会产生电压或电流。这种效应是既定和新兴热电应用的基础，例如热电能量收集器、传感设备和温度控制。

为了满足对越来越小的设备的不懈需求，科学家们正在寻找在纳米尺度上利用塞贝克效应的新方法。实现这一目标的一种方法是使用分子结，这是一种微型装置，由两个电极组成，由一个或几个单独的分子桥接。根据这些分子对温度的敏感程度，可以微调分子结的热电特性以匹配它们的预期应用。

迄今为止，大多数关于分子热电学的研究仅限于相当简单的有机分子。这导致了具有低塞贝克系数的分子结，这转化为较差的温度-电压转换和性能。因此，设计具有更好特性且最重要的是具有更高塞贝克系数的分子接头一直是一个挑战。

幸运的是，最近由日本东京工业大学 (Tokyo Tech) 助理教授 Yuya Tanaka 和韩国高丽大学 Hyo Jae Yoon 教授组成的研究小组进行的一项研究可能会导致该领域取得实质性进展。正如他们在Nano Letters上发表的论文中所述，研究人员将目光投向了一种特殊类型的有机金属化合物，它可能是解决这一难题的关键：钌炔基络合物。但与之前的研究不同，该团队很好奇是否基于多个 Ru(dppe) 2的多核 钌炔基络合物[其中 Ru 是钌，dppe 是 1,2-双(二苯基膦)乙烷] 碎片由于其独特的电子结构可能导致更强大的分子连接。

为了验证他们的理论，科学家们准备了各种自组装单分子层 (SAM)，它们由两个相对的扁平电极组成，这些电极由有机金属化合物与不同数量的钌炔基络合物连接。热电极由超光滑金制成，可为有机金属分子连接提供良好的锚定基板，而冷电极由液态金属、共晶镓-铟制成，并覆盖一层氧化镓层(图 1)。

该团队通过各种实验和理论方法研究了这些 SAM 的塞贝克系数如何根据分子连接中钌原子的数量以及其有机主链的氧化态和详细化学成分而变化。值得注意的是，他们发现所制备的分子结实现了前所未有的热电性能，正如田中助理教授所说：“我们的有机金属化合物表现出比纯有机化合物高得多的塞贝克系数值。此外，据我们所知，与文献中报道的传统分子相比，三核钌配合物的塞贝克系数为 73 μV/K，非常出色。” 除此之外，制备的分子连接具有显着的热稳定性，

这些结果对于那些在热电子学领域工作的人来说是非常鼓舞人心的，因为它们可能指向最终在纳米级半导体生产中取得突破的新策略。“这项工作为开发用于高效温度调节和热电转换的分子级设备提供了重要见解，”田中助理教授强调说。

一定要留意未来热电分子结的新发展;它们可能是通过下一代电子设备中的热量和热控制实现可持续发电的关键。