隨著社會和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，日益增長的能源需求促使人們愈發(fā)關(guān)注可再生能源的利用與發(fā)展?；跓犭姴牧系木G色熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電能與熱能的直接轉(zhuǎn)化，在余熱發(fā)電和固態(tài)制冷方面具有廣闊的應(yīng)用前景，對于當前的能源發(fā)展具有重要意義。
1930年，Edward Zintl和Wilhelm Klemm發(fā)現(xiàn)了一類具有豐富化學鍵和結(jié)構(gòu)特征的極性金屬間化合物——Zintl相化合物。Zintl相化合物有著豐富的結(jié)構(gòu)類型——從孤立的基團（14-1-11）到四面體串聯(lián)而成的一維帶狀結(jié)構(gòu)（11-6-12，5-2-6，3-1-3），以及二維層狀結(jié)構(gòu)（1-2-2，9-4-9，1-1-4）和類似于方鈷礦的籠狀結(jié)構(gòu)（1-2-2）。這類化合物具有獨特的陰離子框架以及弱束縛的陽離子，展現(xiàn)“電子晶體-聲子玻璃”的理想熱電材料特征。
近日，廣州大學郭凱教授、上海大學駱軍教授和北京航空航天大學趙立東教授報道了一種具有優(yōu)異熱電性能的1-1-1型Zintl相熱電材料NaCdSb。該化合物為正交結(jié)構(gòu)，陽離子Na被之字形和扭曲四元環(huán)的CdSb陰離子網(wǎng)絡(luò)包圍，在673 K時未經(jīng)優(yōu)化的NaCdSb本征熱電優(yōu)值可達1.3。
NaCdSb的晶格熱導(dǎo)率在320K僅有1.04 W m-1 K-1，673 K時更低至0.42 W m-1 K-1。第一性原理計算結(jié)果顯示，NaCdSb中的光學支與聲學支相互耦合，且具有較低的聲子頻率范圍。聲子態(tài)密度表明這些聲學支主要來自于Cd和Sb的貢獻，Cd-Sb化學鍵鍵長和強度的波動造成該體系大的非諧性和低晶格熱導(dǎo)。結(jié)合NaCdSb的功率因子在673 K達到最大值11.56 μW cm-1 K-2，因而其熱電優(yōu)值zT值在該溫度下約為1.3。熱電仿真結(jié)果表明由p型NaCdSb與n型Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01構(gòu)成的器件的最大功率與p型Mg3Sb2與n型MgAgSb組成的器件的功率相當。綜上，NaCdSb是一種極具潛力的Zintl相熱電材料。 論文信息 NaCdSb: An Orthorhombic Zintl Phase with Exceptional Intrinsic Thermoelectric Performance Kai Guo, Yuting Zhang, Song Yuan, Qinghang Tang, Chen Lin, Pengfei Luo, Jiong Yang, Shusheng Pan, Li-Dong Zhao, Guofeng Cheng, Jiye Zhang, Jun Luo Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212515
