【科学前沿】材料学院杨君友团队在新型半导体热电材料领域取得进展

来源:材料学院 浏览次数: 发布时间:2021-09-03 编辑:张思晗

新闻网讯 8月19日,《美国化学学会会刊》(Journal of the American Chemistry Society)在线发表了材料学院杨君友教授与新加坡南洋理工大学颜清宇教授和美国西北大学Mercouri. G. Kanatzidis教授的合作研究成果“高热电性能的立方结构半导体AgMnSbTe3”(Cubic AgMnSbTe3Semiconductor with a High Thermoelectric Performance,J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c07522)。



热电材料可实现电能和热能的直接相互转化,具有安静、可靠、易维护和体积小等优点,在余热回收应用、提高能源利用效率等方面具有重要的应用前景,是解决当前日益严重的能源危机及环境问题的重要途径之一。应用于中温区(~800K)的热电材料长期以来一直以铅基合金为主,但高的铅含量对生态环境有害,并不适合大规模应用推广。研发环境友好的高性能热电材料是实现高效热电转换的关键。在无铅热电材料中,MnTe化合物是一种p型硫属化合物半导体,具有六方NiAs晶体结构(P63/mmc),近年来引起了广泛关注。然而,本征MnTe化合物热电性能不佳,热电优值ZT较低(~0.5@823 K),限制了其在热电能源转换技术中的应用。


在MnTe基热电材料的前期研究基础上(J. Mater. Chem. A, 2018, 6 (46): 23473-23477;Nano Energy, 2019, 57: 703-710;Adv. Funct. Mater., 2021, 2103197),杨君友教授团队与新加坡南洋理工大学颜清宇教授(Qingyu Yan)和美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis教授研究团队合作,进一步通过熵驱动实现了六方MnTe和立方AgSbTe2的化合,获得了立方结构的p型窄禁带AgMnSbTe3新型半导体热电材料。通过系统的结构和性能分析,发现AgMnSbTe3具有岩盐矿NaCl晶体结构(其中Ag、Mn、Sb共同占据Na节点位置)、多价带顶的能带结构和特殊的局域原子偏移。这些独特性质使AgMnSbTe3具有优异的热电性能,其热电优值ZT在823K时可达1.46,且在400~773 K宽温域平均ZT值高达0.87。


该工作通过高熵设计合成了AgMnSbTe3新型化合物半导体热电材料,为热电材料的研究和开发提供了一种新思路,对于未来继续探索高性能半导体热电材料具有重要的指导意义。



研究工作得到了国家自然科学基金委项目(52002137,51632006)等的资助。我校罗裕波教授为论文第一作者,我校姜庆辉副教授和河北大学张旦副教授共同参与相关工作,我校杨君友教授、新加坡南洋理工大学颜清宇教授(Qingyu Yan)和美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis教授为论文共同通讯作者,我校为第一完成单位。


文章链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.1c07522