• 作者介绍

高彩艳 (通讯作者)

高彩艳，中国科学院化学研究所副研究员。主要致力于有机热电材料以及有机/无机复合热电材料的材料设计、合成与性能调控方面的研究。

郭存悦 (通讯作者)

郭存悦，中国科学院大学教授。近10年来主要从事有机热电材料的设计、制备与应用方面的研究。

蔡云飞 (第一作者)

蔡云飞，中国科学院大学2024级硕士研究生。主要从事热电材料研究。

• 文章导读

聚吡咯 (PPy) 凭借其良好的导电性、机械柔韧性、环境稳定性以及易于通过电化学方法制备等优势，被视为颇具应用潜力的柔性热电材料。然而，PPy本身的热电性能相对有限，尤其是功率因子较低，制约了其在柔性热电器件中的进一步应用。因此，如何在保持PPy柔性和可加工性优势的同时有效提升其热电性能，成为PPy基柔性热电材料研究中亟待解决的关键问题。针对这一难题，中国科学院大学郭存悦教授团队与中国科学院化学研究所高彩艳副研究员合作，在Materials 期刊发表了题为“Electrochemical Synthesis of Polypyrrole/Cu2−xSe Composites for Enhanced Thermoelectric Performance”的研究论文。该研究通过电化学聚合与电沉积相结合的方法构筑PPy/Cu2−xSe复合热电薄膜，并通过调控制备条件优化其热电性能。优化后的复合薄膜功率因子达到174.05 ± 9.87 μW m−1 K−2，较纯PPy提高近300倍。该研究为PPy基柔性复合热电材料的设计与制备提供了新的思路。

• 研究过程与结果

本研究采用电化学聚合与电沉积相结合的策略构筑PPy/Cu2−xSe复合热电薄膜。在三电极体系中，首先通过电聚合制备PPy层，随后在PPy表面电沉积Cu2−xSe层，从而形成有机/无机复合双层结构。通过调控Cu2−xSe的沉积电位和Py的聚合时间，对薄膜的微观形貌、层厚及热电性能进行了系统优化。SEM表征显示，Cu2−xSe能够均匀生长在PPy表面，并形成清晰的双层结构；XRD和XPS等结果进一步证实了Cu2−xSe层的成功构筑。结果表明，沉积电位和聚合时间均会显著影响复合薄膜的热电性能。优化后的PPy/Cu2−xSe复合薄膜功率因子达到174.05 ± 9.87 μW m−1 K−2，相比纯PPy提升近300倍。此外，薄膜还表现出较好的机械柔性和环境稳定性，经过1000次弯折后PF仍保持94.77%的初始值，放置3个月后仍可保持初始PF的88.13%。

图1. PPy/Cu2−xSe复合材料的制备及性能提升示意图。

为了进一步验证复合薄膜的实际热电转换能力，作者将优化后的PPy/Cu2−xSe薄膜用于组装柔性热电发电器。器件在不同温差下均表现出稳定的电压和电流输出，且随着温差增加，开路电压和短路电流持续提升。在50 K温差下，器件获得46.7 mV的开路电压、20.6 μA的短路电流以及240.5 nW的最大输出功率，对应功率密度为22.91 μW cm−2。上述结果表明，该复合薄膜不仅具有较高的热电性能，还具备柔性器件应用所需的稳定输出能力，在人体热能等低品质热能收集和柔性自供能电子器件领域具有独特的应用优势。

图2. 不同温度梯度下TEG的 (a) 开路电压和短路电流，(b) 输出功率与功率密度。

• 研究总结

综上所述，本研究采用电化学聚合与电沉积相结合的策略，成功构筑了PPy/Cu2−xSe复合热电薄膜，通过调控Cu2−xSe沉积电位和Py聚合时间，实现了对复合结构及热电性能的有效优化。优化后的复合薄膜功率因子达到174.05 ± 9.87 μW m⁻¹ K⁻²，比纯PPy提高近300倍，同时表现出良好的机械柔性和环境稳定性。基于该复合薄膜组装的柔性热电发电器在50 K温差下实现了240.5 nW的最大输出功率，表明PPy/Cu2−xSe复合体系具有较好的热电能量转换能力。该研究为高性能PPy基柔性复合热电材料的电化学构筑提供了新的思路，并为柔性热能收集及自供能电子器件的应用提供了有益的参考。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/1996-1944/19/16/3496#

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• Materials 期刊介绍

主编：

Prof. Dr.Maryam Tabrizian, McGill University, Canada; 

Prof. Dr. Yuguang Ma, South China University of Technology, China

主要关注材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等，以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等。目前，期刊已被Scopus, SCIE (Web of Science), PubMed等多个数据库收录。

2025 Impact Factor：3.7 (JCR Q2*)

2025 CiteScore：7.0 (Scopus Q1*)

Time to First Decision：14.4 Days

Acceptance to Publication：3.6 Days   

*JCR Q2 at "PHYSICS, APPLIED" and "METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING" Categories

*Scopus Q1 at "Condensed Matter Physics" Category

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/materials

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