鸭脖体育app

鸭脖体育app

鸭脖体育app

     
 
 
吴立明老师与陈玲老师 J. Am. Chem. Soc. 文章介绍

发布时间: 2021-10-24  浏览次数:

CsCu4Se3:低本征(zheng)晶格(ge)热(re)导(dao)率的机(ji)理研究

 

热(re)(re)(re)电(dian)材料作(zuo)为一种具有潜力的(de)能源材料,近年(nian)来在(zai)材料、化学、物理(li)研(yan)究等(deng)多个领(ling)域(yu)(yu)受到广(guang)泛关注。然而,较低的(de)能量转换效(xiao)率制约其能源领(ling)域(yu)(yu)的(de)实(shi)际应(ying)用,导致(zhi)热(re)(re)(re)电(dian)研(yan)究充满了(le)挑战性(xing)。故(gu)此,对(dui)(dui)热(re)(re)(re)电(dian)现(xian)象的(de)理(li)论研(yan)究仍需更深层次的(de)探索(suo),理(li)解并掌握材料电(dian)热(re)(re)(re)输(shu)运的(de)物理(li)本质,对(dui)(dui)于(yu)该(gai)领(ling)域(yu)(yu)的(de)进展(zhan)具有重(zhong)要(yao)的(de)科学研(yan)究意义(yi),其中晶格(ge)热(re)(re)(re)导率作(zuo)为唯(wei)一独立的(de)热(re)(re)(re)电(dian)参数,其重(zhong)要(yao)性(xing)不言而喻。

 

 

近(jin)期(qi),鸭脖体育app珠海先进材料研究中心(xin)、化(hua)学(xue)学(xue)院吴立(li)明(ming)、陈玲教授课题组在碱金属(shu)硫属(shu)化合物A/M/Q (A = alkali metal; M = Cu, Ag; Q = S, Se, Te)的电热输运研究中取得重(zhong)要(yao)进(jin)展:借助吴(wu)立明老师早期提出的硼硫化法(fa)(J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4676-4681.),成(cheng)功合成(cheng)两例具有超(chao)低本(ben)征(zheng)晶格热导率材料CsCu4S3和(he)CsCu4Se3,其中CsCu4Se3650 K时晶(jing)格热导率低至0.20 W/m/K。进而他们从(cong)理(li)论上深入分析该(gai)类(lei)材料的(de)晶体结(jie)构,晶格动力学以(yi)及声子输运特(te)性,发(fa)现该(gai)化(hua)合物(wu)结(jie)构中原子均(jun)存在(zai)高(gao)度不对称配位特(te)征,同(tong)时具有多(duo)重键合作用特(te)点(共价Cu–Se2–,弱共价作用力(li)Cu–Se,离(li)子静电力(li)Cs–Se2–)。CsCu4Se3的晶体(ti)结构由双anti-CaF2构型(xing)的[(Cu+)4(Se2–)2](Se)亚层与(yu)NaCl型(xing)[(Cs+)(Se2–)]亚(ya)层沿c轴相互交(jiao)替排列。晶格动力学研究表明CsCu4Se3结构中(zhong)出现(xian)较大的晶格非简谐性主要归因(yin)于CuSe亚层与(yu)CsSe亚(ya)层(ceng)之间的晶格振动(dong)耦合。声子研究结果表明CsCu4Se3具有较(jiao)低(di)声学波(bo)截(jie)止频(pin)率48 cm–1,其声学(xue)支与低(di)频光学(xue)支的(de)重(zhong)叠,分别来自(zi)双(shuang)anti-CaF2构型的[(Cu+)4(Se2–)2](Se)亚层与(yu)NaCl[(Cs+)(Se2–)]亚层振(zhen)动耦合,结合理论计算和实验分析他们揭示了CsCu4Se3极低(di)本征(zheng)晶(jing)格(ge)热导率的根(gen)源。同时(shi),对A/M/Q系列化(hua)合物的弹性模量进行系统(tong)地(di)比较分析(xi),发现(xian)该类材料具有较低的平均声速va (1770–2130 m/s), 德拜(bai)温度θD (111–220 K),以及杨氏模量E (40–50 Gpa),表明该类材料具备柔软的(de)晶(jing)格框架以及(ji)相对较低的(de)晶(jing)格热(re)导率,是一类(lei)非常有潜力的(de)热(re)电(dian)材料。该项(xiang)工作(zuo)是他们课题组前期两例高性能热(re)电(dian)材料CsAg5Te3 (Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1143111436.)α-CsCu5Se3 (J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 52935303.)研究的延(yan)续,对A/M/Q系列化合物电热输运结(jie)构(gou)与性能(neng)(neng)的构(gou)效(xiao)关系获(huo)得了更为深入(ru)的认(ren)识(shi),有望为固体功能(neng)(neng)材料的结(jie)构(gou)设计提供新思(si)路。

该工作近期被《Journal of the American Chemical Society》杂志(zhi)接受发表,(Mixed-Valence CsCu4Se3: Large Phonon Anharmonicity Driven by the Hierarchy of the Rigid [(Cu+)4(Se2–)2](Se) Double Anti-CaF2 Layer and the Soft Cs+ Sublattice. J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c07629)。《Journal of the American Chemical Society》是综合化学领域的世界顶级学术期(qi)刊,和《德国应用(yong)化学》一起(qi)被公认为(wei)化学领域最(zui)(zui)具影响力的期(qi)刊,最(zui)(zui)新(xin)SCI影(ying)响因子15.419

鸭脖体育app珠海先(xian)进材料研究中(zhong)心、化(hua)学(xue)(xue)(xue)学(xue)(xue)(xue)院为该(gai)工作(zuo)完成单位。该(gai)研究得到国家自然科(ke)学(xue)(xue)(xue)基金、北师(shi)大高(gao)层次引进人(ren)才基金、鸭脖体育app珠海自然高(gao)等研究院、化(hua)学(xue)(xue)(xue)学(xue)(xue)(xue)院、北京市重点实验室、北京市自然科(ke)学(xue)(xue)(xue)基金等资金的(de)大力(li)资助,特此感谢。

原文链接:

 

 

 


 

鸭脖体育app

版权所有:鸭脖体育app 通信地址:北京海淀区新街口外大街19号 邮政编码:100875