内嵌Cu2Te纳米团簇提升超离子导体Cu2Se的热电性能

　　热电材料在热电转化领域具有重要的应用价值，近年来热电材料研究成为能源相关材料研究的热点。一方面热电器件可以用于废热发电有效利用能源，对环境友好；另一方面热电器件也可以作为制冷器件，由于其无挥发性、轻便等优势在航天、探测器等领域发挥至关重要的作用。Cu2Se基超离子导体型热电材料在高温区热电性能优异(热电优值大于1)，在中温400K极窄的温度窗口里，热电优值可以超过2，然而在高温下的热电优值仍然未达到如此高的记录。 

　　近期，清华大学南策文院士课题组Sajid Butt博士与中国科学院高能物理研究所徐伟副研究员等合作，开发出内嵌Cu2Te纳米颗粒的超离子导体Cu2Se基热电材料，将其热电性能优值提高至1.9 (873K)。为揭示其热电性能增强的机理，他们利用北京同步辐射装置的4B7A-中能实验站，利用X射线近边吸收谱组作为局域结构探针，结合多重散射理论的理论模拟，研究了增强型超离子导体Cu2Se热电材料的局域结构。 

　　如图1所示，利用中能X射线Te L3边近边吸收谱，可以确证掺杂的Te离子形成了Cu2Te的纳米团簇。如图2 所示，这种内嵌型纳米团簇对晶格振动的热输运声子形成有效的散射，降低声子在该材料中的传输，最终导致了热导率降低，增强了材料的热电性能。结合电镜分析，提出了一种优化离子型导体Cu2Se热电材料性能的途径。该项工作发表在ACS Appl. Mat. Interfaces 8, (24), 15196-15204 (2016)上。 

　　图1 掺杂原子Te的局域结构 

图2 内嵌Cu2Te型纳米团簇的热电性能优化模型