基于氧边缘修饰工程调控二聚体-三角烯分子结的热电性能

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Thermoelectric property regulation of dimer-triangulene molecular junctions based on oxygen edge-modification engineering

氧气边缘修饰调控双三环烯分子结热电性能研究。通过密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，系统研究了4/16/20个氧原子取代对分子结能隙和声子热导率的影响。结果表明：完全氧化（20O）导致能隙显著降低（ΔE=1.28eV→0.85eV），而部分氧化（4O）通过电子局域化增强库仑排斥，使能隙增大至1.48eV。量子干涉效应在2O取代时使热导率提升，ZT值达1.28。该研究为分子器件热电优化提供了理论依据。

　　

氧原子在分子边缘的修饰是一种有效的策略，可以调节分子结的热/电传输性质，因为这种修饰赋予了分子结独特的孤对电子结构。在这项研究中，我们利用密度泛函理论（DFT）结合非平衡格林函数（NEGF）方法，研究了经过氧原子修饰和未经过修饰的二聚体-三角烯分子结的热电性质。结果表明，TRI–TRI(4O)的分子前线轨道能隙比TRI–TRI（其中四个氢原子被四个氧原子取代以实现边缘饱和）更大。由于电子局域化的增强，产生了强烈的库仑排斥力，从而导致能隙的增加。此外，由于费米能级附近动量重叠的显著增加，TRI–TRI(20O)的分子前线能隙在边缘完全氧化后明显减小。对于背靠背连接的分子结，随着氧原子数量的增加，分子能隙和声子热导率依次减小（TRI > TRI(4O) > TRI(16O)）。TRI–TRI(20O)和TRI(16O)的声子热导率降低主要是由于氧原子的孤对电子增强了边缘态的非谐性。TRI–TRI(20O)和TRI(4O)的导电率明显提高，这源于费米能级附近的建设性量子干涉（CQI）。因此，TRI–TRI(2O)在费米能级附近实现了理想的ZT值（1.28）。这项工作为二聚体-三角烯分子结的热电应用提供了重要的理论指导。