袁珉慧 乐文凯 谈小建 帅晶‡

1) (中山大学材料学院, 深圳 518107)

2) (中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201)

(2021 年5 月28 日收到; 2021 年6 月19 日收到修改稿)

1 引 言

电力是当今社会发展最不可或缺的要素之一.目前电力的主要来源仍然是化石能源, 而化石能源的消耗伴随着严重的环境污染和能量利用低的问题, 因此寻找替代性的可再生清洁能源保障社会可持续发展已成为当今世界的重要主题. 热电材料基于Seebeck 效应和Peltier 效应能够实现热能和电能的直接相互转换, 热电设备既可以收集废热发电也可以通电制冷, 具有无噪声、无污染、无活动部件、无需长期维护等突出优点, 受到了广泛的关注[1-3]. 热电材料为新时期能源的高效利用提供了一条新的可持续路线, 加强热电材料的基础研究与应用, 对我国经济发展中推进能源绿色转型, 实现“碳达峰, 碳中和”的目标有着重要意义.

按照子结构共价键的结合方式, 可以将已发现的典型高性能Zintl 相热电材料进行简单归类,分别为零维(0D)[14-17]、一维(1D)[16,18-20]、二维(2D)[8,9,12,21-28]和三维(3D)[29-31]结构. 其中3D 共价键结构[29-31]如方钴矿、笼状物等因其独特的特征已形成单独的研究领域, 在此故不赘述. 子结构共价键维度从0D 到2D 的变化, 通过影响载流子迁移率在材料的电输运性质增强方面发挥了重要作用, 这使得二维共价键子结构Zintl 相材料较其他类型表现出更好的热电性能. 图1(a)对比了目前各类型典型Zintl 相热电材料的ZT值[8,10-12,14,18,21,24,25,28,32-35], 可以看出二维共价键子结构Zintl 相材料具……