日前，我校唐国栋教授团队在热电材料研究领域取得重要进展，该研究成果以“Divacancy and Resonance Level Enables High Thermoelectric Performance in n-Type SnSe Polycrystals”为题发表于Nature子刊Nature Communications2024, 15, 4231。（文章链接为：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48635-0 。）我校为该项工作第一完成单位和通讯单位，唐国栋教授、曲阜师范大学张永胜教授和西安交通大学武海军教授为共同通讯作者，博士生贡亚茹、硕士生窦炜、逯伯琛为共同第一作者。

 

热电材料是利用固体内部载流子的运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料，在温差发电和固态制冷领域有重要应用。迄今p型热电材料的发展势头十分迅猛，然而n型热电材料性能远低于p型材料，ZT值很难突破2。这也是当前热电器件转换效率较低的主要原因之一，严重制约热电器件大规模应用。为了与p型热电材料相匹配以获得高效热电器件，开发高性能n型热电材料至关重要。SnSe具有元素无毒、来源丰富、低成本、高性能等优势，是极具发展前景的一类新型热电材料，受制于高热导率和低功率因子，n型SnSe热电性能并不理想。

 

针对上述问题，唐国栋教授团队创新性提出通过双空位缺陷和共振能级协同提升n型SnSe热电性能新方法，基于这一思路，研究团队设计得到了具有Sn/Se双空位的WCl6掺杂n型多晶SnSe材料（图1）。研究发现，WCl6掺杂和Se空位提高了材料载流子浓度，从而增强电导率。W掺杂在导带附近导致共振能级效应，提高了材料的塞贝克系数，这一策略实现了对材料电导率和塞贝克系数的解耦，在n型SnSe中获得了高达7.95μW cm-1 K-2的功率因子。同时，利用WCl6掺杂在n型SnSe中获得了大量的Sn空位，其与Se空位构成Sn/Se双空位缺陷（图2），增强了短波长声子散射。同时富W/Cl纳米析出相构成强声子散射中心，利用多尺度缺陷在材料中获得了0.24 W m-1 K-1的超低晶格热导率，打破了n型SnSe材料晶格热导率最低值记录。借助Sn/Se双空位缺陷和共振能级效应，实现了对n型SnSe材料电声输运的协同调控，在n型SnSe基热电材料中获得了高达2.2的ZT值（图3），性能超过了国际上已报道的n型SnSe材料，并在国际上所有已报道的n型热电材料体系中处于领先水平。该研究成果不仅为新型高性能热电材料的设计和性能优化提供了新思路，对推动固态热电器件的广泛应用具有重要意义。