中科院大连化物所热电材料研究取得新进展

最近，中国科学院大连化学研究所催化与基础国家重点实验室鲍新河院士和姜鹏研究员组成的研究团队在热电材料研究方面取得了新的进展。利用高熵合金改善晶体结构对称性的策略成功地调控了锗硅的晶体结构，从而大大改善了锗硅材料的热电性能。相关研究成果发表在《德国应用化学》上。

热电技术可以实现热能和电能的相互转换。作为一种清洁能源转换方法，它有着广阔的应用前景。然而，传统的高性能热电材料通常含有昂贵且高毒性的元素，如铋、铅和碲，这阻碍了其大规模应用。锗硅是一种潜在的环保热电材料。从理论上预测GeSe具有优异的热电性能。长期以来，由于缺乏有效的掺杂方法，其载流子浓度和电导率都很低，严重影响了其热电性能的提高。迄今为止，文献报道的最高zT实验值为0.2。

该团队采用高熵合金化策略来改善结构对称性，并成功实现了锗硅晶体结构从正交向菱面体的可控转变。研究表明，这种较高对称性的立方结构具有高载流子浓度(~ 1020 cm-3)、多能带、高有效质量等特点，热电性能得到了显著改善。在710K时，锗酸镓的zT值可达0.86，是正交结构锗酸镓的18倍，是文献报道的4倍。研究工作不仅表明GeSe基热电材料具有良好的发展潜力，而且为通过高熵合金调整晶体结构来有效改善热电性能开辟了新的途径，有望应用于其他热电材料系统。

工作的理论部分得到了西北大学的杰弗里·斯奈德教授和中国科学院福建材料结构研究所的卫庄研究员的协助。中国科学院物理研究所副研究员葛炳辉完成了电子显微镜表征。该研究工作得到了国家自然科学基金和大连化学研究所独立部署基金的支持。