Enhanced thermoelectric properties of graphene oxide patterned by nanoroads

文献情報

出版日 2016-03-17
DOI 10.1039/C6CP01012A
インパクトファクター 3.676
著者

Si Zhou, Yu Guo


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要旨

The thermoelectric properties of two-dimensional (2D) materials are of great interest for both fundamental science and device applications. Graphene oxide (GO), whose physical properties are highly tailorable by chemical and structural modifications, is a potential 2D thermoelectric material. In this report, we pattern nanoroads on GO sheets with epoxide functionalization, and investigate their ballistic thermoelectric transport properties based on density functional theory and the nonequilibrium Green's function method. These graphene oxide nanoroads (GONRDs) are all semiconductors with their band gaps tunable by the road width, edge orientation, and the structure of the GO matrix. These nanostructures show appreciable electrical conductance at certain doping levels and enhanced thermopower of 127–287 μV K−1, yielding a power factor 4–22 times of the graphene value; meanwhile, the lattice thermal conductance is remarkably reduced to 15–22% of the graphene value; consequently, attaining the figure of merit of 0.05–0.75. Our theoretical results are not only helpful for understanding the thermoelectric properties of graphene and its derivatives, but also would guide the theoretical design and experimental fabrication of graphene-based thermoelectric devices of high performance.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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