Enhanced thermopower in covalent graphite–molecule contacts

文献情報

出版日 2019-12-10
DOI 10.1039/C9CP05474J
インパクトファクター 3.676
著者

Ivan Rungger


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要旨

The Seebeck effect is very attractive for technological applications as it leads to the direct conversion of heat into electricity. One of the key quantities determining the efficiency of such conversion is the thermopower S. In this paper we explore theoretically what electronic properties are responsible for the Seebeck effect in molecular junctions with graphite or graphene electrodes. We propose that S can be enhanced because of the combined effect of the dip in the density of states at the Fermi energy of these materials and the molecular resonance. Then to understand the impact of the covalent vs. non-covalent molecule–carbon bonding we calculate from first principles the electronic and transport properties of graphite/molecule/Au junctions, where both types of bonding have been reported experimentally. We ultimately predict that S is about 120 μV K−1 at room temperature for a 3,5-dimethyl-4-aminobenzene (DMAB) molecule covalently attached to the graphite electrode. This value is one order of magnitude larger than the typical values measured to date for molecular junctions and it is a signature of the direct C–C molecule–graphite bond. Finally we also demonstrate how one can control not just the absolute magnitude of S, but also its sign by designing the graphite–molecule contact. Our results lead the way towards the use of junctions with molecules covalently attached to a C-based substrate as possible new improved platforms for molecular thermoelectric devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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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