Valence Disproportionation of GeS in the PbS Matrix Forms Pb5Ge5S12 Inclusions with Conduction Band Alignment Leading to High n-Type Thermoelectric Performance

化学 热电效应 歧化 热电材料 兴奋剂 电子迁移率 热传导 价(化学) 带隙 电阻率和电导率 电子 硫族元素 分析化学(期刊) 凝聚态物理 结晶学 材料科学 光电子学 热力学 复合材料 催化作用 色谱法 有机化学 物理 生物化学 工程类 量子力学 电气工程
作者
Zhong‐Zhen Luo,Songting Cai,Shiqiang Hao,Trevor P. Bailey,Hongyao Xie,Tyler J. Slade,Yukun Liu,Yubo Luo,Zixuan Chen,Jianwei Xu,Wenjun Luo,Yan Yu,Ctirad Uher,Christopher Wolverton,Vinayak P. Dravid,Zhigang Zou,Qingyu Yan,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (16): 7402-7413 被引量:74
标识
DOI:10.1021/jacs.2c01706
摘要

Converting waste heat into useful electricity using solid-state thermoelectrics has a potential for enormous global energy savings. Lead chalcogenides are among the most prominent thermoelectric materials, whose performance decreases with an increase in chalcogen amounts (e.g., PbTe > PbSe > PbS). Herein, we demonstrate the simultaneous optimization of the electrical and thermal transport properties of PbS-based compounds by alloying with GeS. The addition of GeS triggers a complex cascade of beneficial events as follows: Ge2+ substitution in Pb2+ and discordant off-center behavior; formation of Pb5Ge5S12 as stable second-phase inclusions through valence disproportionation of Ge2+ to Ge0 and Ge4+. PbS and Pb5Ge5S12 exhibit good conduction band energy alignment that preserves the high electron mobility; the formation of Pb5Ge5S12 increases the electron carrier concentration by introducing S vacancies. Sb doping as the electron donor produces a large power factor and low lattice thermal conductivity (κlat) of ∼0.61 W m–1 K–1. The highest performance was obtained for the 14% GeS-alloyed samples, which exhibited an increased room-temperature electron mobility of ∼121 cm2 V–1 s–1 for 3 × 1019 cm–3 carrier density and a ZT of 1.32 at 923 K. This is ∼55% greater than the corresponding Sb-doped PbS sample and is one of the highest reported for the n-type PbS system. Moreover, the average ZT (ZTavg) of ∼0.76 from 400 to 923 K is the highest for PbS-based systems.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
cardioJA发布了新的文献求助10
4秒前
浮流少年完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
wangbq发布了新的文献求助10
7秒前
wyx完成签到,获得积分20
7秒前
淳于无施完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
霖29发布了新的文献求助10
12秒前
共享精神应助自由万声采纳,获得10
12秒前
李爱国应助马梦蕾采纳,获得10
13秒前
Loris完成签到,获得积分10
13秒前
科研通AI2S应助叶哈哈采纳,获得10
15秒前
迪兒完成签到,获得积分10
17秒前
黎明发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
17秒前
20秒前
20秒前
科研通AI6.2应助开朗映秋采纳,获得10
21秒前
吕不清楚完成签到,获得积分10
24秒前
24秒前
lin发布了新的文献求助10
25秒前
25秒前
SciGPT应助shenl采纳,获得10
27秒前
cardioJA完成签到 ,获得积分20
27秒前
潇洒的艳完成签到,获得积分10
28秒前
一二发布了新的文献求助10
28秒前
zf2023完成签到,获得积分10
29秒前
英俊的铭应助钢筋炒煤球采纳,获得10
31秒前
领导范儿应助moya采纳,获得10
32秒前
smyp发布了新的文献求助10
32秒前
饼饼完成签到,获得积分10
34秒前
Jasper应助2226采纳,获得10
34秒前
可爱的函函应助Elio采纳,获得10
34秒前
年把月拥有完成签到,获得积分10
36秒前
乐乐应助一二采纳,获得10
39秒前
40秒前
张欢馨应助putao采纳,获得10
41秒前
manman完成签到 ,获得积分10
42秒前
高分求助中
APA handbook of comparative psychology: Basic concepts, methods, neural substrate, and behavior 1000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The fast track to determining transfer functions of linear circuits: The student guide 500
Römisch-Germanische Forschungen 500
Electric machines: theory, operating applications, and controls 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
When Is Two-Stage Sample Robust Optimization Asymptotically Optimal? 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7602747
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9178845
关于积分的说明 19656736
捐赠科研通 7178248
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3269076
关于科研通互助平台的介绍 2433268
邀请新用户注册赠送积分活动 2262939