科研进展

    2021年11月19日重庆市政府举行了2020年度重庆市科学技术奖颁奖大会，我院周小元教授、卢旭教授联合材料学院韩广教授、中国科学院重庆绿色智能技术研究院王国玉研究员和北京工业大学韩晓东教授共同申报的项目“低维热电材料的能带调控及声子工程”获得了重庆市自然科学奖一等奖。

热电器件可实现热能与电能的直接转换，是一种绿色能源转换技术。热电性能与材料能带结构及声子输运密切相关，如何提升电输运性能并抑制声子传热是热电研究的核心科学问题。项目组聚焦具有特异能带结构和热输运性质的低维热电材料，发展了层状结构单晶生长技术，突破多体系单晶制备瓶颈，获得SnSe_1-xS_x等大尺寸单晶，并通过固溶/掺杂协同调控电、热输运，获得当时平均zT的最高纪录（图二）；发现强弱化学键共存导致强晶格非简谐性，提出晶体结构低维化设计本征低热导材料的新思路，开发了新型Cr基低维热电材料（图三）；首次在复杂化合物Cu₅FeS₄中合成正二十面体五次孪晶（图四），将“孪晶工程”概念引入热电领域，并基于微结构设计、界面密度调控开发了电热输运协同优化的热电材料。

该团队相关研究成果发表于Energy Environ. Sci.、Mater. Today、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等高水平学术期刊，被国内外知名学者在Science、Chem. Rev.等顶级期刊上发文高度评价，其中单篇最高他引204次（Web of Science），连续4年为高被引论文；应邀在Mater. Today撰写综述“Routes for High Performance Thermoelectric Materials”；应邀为Springer出版《Novel Thermoelectric Materials and Device Design Concepts》专著撰写SnS热电材料章节。第一完成人周小元获 “2018 ICT Young Investigator Award”（国际热电学会青年科学家奖，每年全球仅1人获奖）；在国际热电年会（ICT）、美国材料大会（MRS）、欧洲材料大会（EMRS）、中国材料大会及中国物理年会等学术会议上做特邀报告50余次，展示了项目组在本研究领域的国际学术影响力，对能源热电材料基础研究的贡献显著。

图二：宽温域高性能SnSe_1-xS_x单晶热电材料

图三：极低热导率热电材料：Sb_1-xPb_xCrSe₃和Cr_2-xPb_xGe₂Te₆。

图四：Cu₅FeS₄二十面体基于孪晶工程实现热电性能协同调控