材料学院、硅材料国家重点实验室赵新兵教授课题组朱铁军教授指导的博士生付晨光在开发新型高温热电材料方面的研究取得重要进展，相关成果最近连续在国际著名学术期刊Adv. Energy Mater.(IF=14.385)和Energy & Environ. Sci.(IF=15.49)上发表。
热电材料是一种能实现热-电直接相互转化的能源材料。赵新兵教授课题组长期致力于开发新型高效的高温热电材料。目前国际上N型ZrNiSn基half-Heusler高温材料的热电优值ZT已达到1以上，但开发高性能的P型half-Heusler热电材料一直面临巨大的挑战。
付晨光博士生首先通过电子能带结构计算发现，Fe(V,Nb)Sb基half-Heusler合金固溶体的价带存在多兼并能谷，具有高热电性能的潜力。基于此计算，实验采用高含量Ti掺杂获得了高性能的新型p型Fe(V0.6Nb0.4)1-xTixSb 固溶体，热电优值ZT在900K达到0.8，比常规P型half-Heusler合金提高60%。相关论文“High Band Degeneracy Contributes to High Thermoelectric Performance in p-Type Half-Heusler Compounds”今年8月在线发表于Adv. Energy Mater.。
基于以上工作，进一步分析认为低的载流子迁移率是制约该体系获得更高热电优值的主要原因。能带结构计算发现FeNbSb的价带有效质量低于FeVSb，同时FeNbSb具有更大的禁带宽度。实验通过提高Fe(V1-yNby)1-xTixSb固溶体中的Nb含量降低价带有效质量，从而提高载流子迁移率。同时由于禁带宽度的增加抑制少子激发，使材料最佳使用温度提高。最终获得的FeNb1-xTixSb化合物的ZT值在1100K时达到1.1，这是目前p型half-Heusler化合物中获得的最高值。此外，该化合物展现出良好的高温稳定性，原料来源丰富且环境友好，在高温发电方面具有重要应用前景。相关论文“Band engineering of high performance p-type FeNbSb based half-Heusler thermoelectric materials for figure of merit zT>1”作为通讯今年11月在线发表在Energy & Environ. Sci.上。
图1、Nb含量的提高降低了化合物的有效质量。 图2、多种高温热电材料的热电优值对比。
以上研究工作得到了国家科技部973计划，国家自然科学基金，教育部新世纪优秀人才，教育部创新团队，硅材料国家重点实验室以及浙江省电池新材料与应用技术重点实验室的资助。
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