Ultralow thermal conductivity and high ZT of Cu2Se-based thermoelectric materials mediated by TiO2−n nanoclusters

纳米团簇 热电效应 热导率 材料科学 热电材料 热的 工程物理 凝聚态物理 纳米技术 复合材料 热力学 工程类 物理
作者
Jincheng Yu,Xiaodong Liu,Haihua Hu,Yilin Jiang,Hua‐Lu Zhuang,Hezhang Li,Bin Su,Jingwei Li,Zhanran Han,Zhengqin Wang,Lu Chen,Kei Hayashi,Yuzuru Miyazaki,B. Layla Mehdi,Jing‐Feng Li
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:8 (9): 2652-2666 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.06.007
摘要

Context & scaleThermoelectric materials enable the direct conversion from heat into electricity for power generation, contributing to resolving the worldwide energy and environmental crises simultaneously. Cu2Se is rendered as a promising candidate for high-temperature thermoelectric applications. Despite noticeable advances in electrical transport modulation, very limited room is left for thermal transport optimization, mainly due to the presence of intrinsic Cu vacancies, liquid-like features of Cu ions, and low elemental solubility in the crystal lattice. Herein, we propose a facile nanocomposite strategy to optimize the thermal transport by modifying TiO2−n self-assemblies. These sophisticated TiO2−n architectures can not only reduce carrier concentration without degrading mobility but also generate huge thermal resistance. Consequently, an ultralow total thermal conductivity of 0.285 WK−1m−1 is achieved in the TiO2−n-added sample, leading to a high ZT value of 2.8 at 973 K.Highlights•P-N junctions lower carrier concentration without degrading carrier mobility•An ultralow total thermal conductivity of 0.285 WK−1m−1 is achieved at 973 K•TiO2−n addition contributes to a peak ZT of 2.8 at 973 K•TiO2−n architectures are systematically characterized by Cs-corrected STEMSummaryCu2Se is a promising p-type thermoelectric material for energy harvesting due to its intrinsically low thermal conductivity arising from the liquid-like Cu ions, leaving very limited room for regulation of phonon propagation. Herein, the thermal conductivity of superionic Cu2Se is efficiently mediated by titanium oxide nanoclusters, leading to an exceptionally high thermoelectric figure of merit (ZT) at high temperatures. By controlling the oxygen deficiency, the sophisticated TiO2−n architectures can be constructed with optimized phase composition and electrical properties. The presence of p-n junctions helps to reduce carrier concentration without degrading mobility, and the complex heterogeneous interfaces generated by TiO2−n nanoclusters give rise to huge interfacial thermal resistance. Benefiting from the suppressed electrical transport and enhanced phonon scattering, the total thermal conductivity shows a reduction of at least 36%, contributing to a high ZT value of 2.8 at 973 K. This work demonstrates a paradigm of modulating thermal transport through the self-assembly design.Graphical abstract
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
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
yinhe完成签到 ,获得积分10
5秒前
香蕉觅云应助自由老头采纳,获得10
7秒前
Chloe完成签到 ,获得积分10
9秒前
水晶李完成签到 ,获得积分10
10秒前
沿途东行完成签到 ,获得积分10
12秒前
没用的三轮完成签到,获得积分10
15秒前
Hello应助科研通管家采纳,获得10
16秒前
研友完成签到 ,获得积分10
20秒前
周晴完成签到 ,获得积分10
22秒前
海之声完成签到,获得积分10
26秒前
sunsun10086完成签到 ,获得积分10
28秒前
29秒前
30秒前
Tree_完成签到 ,获得积分10
31秒前
LouieHuang发布了新的文献求助10
34秒前
自由老头发布了新的文献求助10
34秒前
研友_GZ3zRn完成签到 ,获得积分0
35秒前
沉默采波完成签到 ,获得积分10
40秒前
天天快乐应助LouieHuang采纳,获得10
45秒前
百合完成签到 ,获得积分10
46秒前
焚心结完成签到 ,获得积分10
50秒前
易伊澤发布了新的文献求助10
1分钟前
司徒无剑完成签到,获得积分10
1分钟前
Jeremy完成签到 ,获得积分10
1分钟前
马登完成签到,获得积分10
1分钟前
易伊澤完成签到,获得积分10
1分钟前
咯咯咯完成签到 ,获得积分10
1分钟前
如意2023完成签到 ,获得积分10
1分钟前
煜琪完成签到 ,获得积分10
1分钟前
搞怪的流沙完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Billy发布了新的文献求助10
1分钟前
Never stall完成签到 ,获得积分10
1分钟前
人类繁殖学完成签到 ,获得积分10
1分钟前
快乐的完成签到 ,获得积分10
1分钟前
小杨完成签到 ,获得积分10
1分钟前
瓦罐完成签到 ,获得积分10
1分钟前
victory_liu完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
LouieHuang发布了新的文献求助10
2分钟前
温玉完成签到 ,获得积分10
2分钟前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
XAFS for Everyone (2nd Edition) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3134020
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2784845
关于积分的说明 7768824
捐赠科研通 2440241
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1297353
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 624925
版权声明 600792