吴立明课题组深入系统的晶体结构–电子结构–热电性能关系研究工作学术资讯

来源：北京师范大学

热电材料可以直接将电能和热能进行相互转化，有望作为缓解能源短缺和环境污染问题提供有益的途径。受材料热稳定性等因素限制，不同热电材料适用于不同工作温区。大多数废热源处于中温区，因此中温热电材料具有广泛的用途。

化学学院吴立明课题组基于电热输运性质微观机制的研究，系统开展新颖热电材料的理论与实验设计研究。近年来他们在对中温N型热电材料In₄Se₃体系详细理论研究及结构化学分析的基础上，发现利用In₄Se₃晶体结构晶体学对称性独立位点的特殊取代特性实现热电综合性能提升的新途径，并通过实验工作得到验证，获得通过Pb/Sn共掺In₄Se₃多晶材料，其热电优值提升到1.4，烧结性能和机械强度优良，有望进入实用阶段。由于该材料只含Pb约1%，与传统中温热电材料PbTe相比较，降低了重金属Pb的环境污染问题（Adv. Mater. 2013，25, 4800–4806）。他们进一步研究了如何通过完全无Pb掺杂，获得高优值Yb-In₄Se₃材料，通过第一性原理计算分析发现Yb掺杂形成费米能级钉扎及共振能级等现象（Acta Mater. 2015, 101, 16–21）。还系统研究了Se缺陷对晶格振动，声子传输的作用机制以及纳米粒子有效散射声子并降低晶格热导率的机制（Inorg. Chem. Front. 2016, 3, 1566–1571; Inorg. Chem. 2014, 53, 5575–5580(邀请论文)）。

基于这些深入系统的晶体结构–电子结构–热电性能关系研究工作，近期吴立明课题组应邀在美国化学会Accounts of Chemical Research《化学研究评述》杂志（IF: 20.268）系统介绍他们在该领域的研究工作（Xin Yin, Jing-Yuan Liu, Ling Chen and Li-Ming Wu*. High Thermoelectric Performance of In₄Se₃-Based Materials and the Influencing Factors. Acc. Chem. Res. 2018 DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00480）。化学学院吴立明课题组2016级硕士生殷欣和刘静远为该论文的共同一作。

此外，吴立明课题组还开展了系列热电化合物新体系的原创性研究工作：Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11431–11436；Chem. Commun.2017, 53, 2590–2593；Chem. Mater. 2017, 29, 5259−5266；Chem. Asian J. 2017, 12, 453–458；Dalton Trans. 2017, 46, 14752–14756，29, 499–503；J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2538–2543；Chem.-Eur. J. 2014, 20, 15401–15408. Nano Lett. 2013, 13, 5431–5436; Chem. Mater. 2010, 22, 4007–4018等。