Enhanced in-plane thermoelectric properties achieved through the vertical van der Waals stacking of black phosphorus and Ti2C

热电效应 材料科学 堆积 塞贝克系数 范德瓦尔斯力 密度泛函理论 凝聚态物理 热导率 热力学 复合材料 化学 物理 计算化学 核磁共振 有机化学 分子
作者
Yaohong Zhou,Haidong Wang
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:217: 124670-124670 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124670
摘要

Vertical van der Waals heterostructures (vdWHs) exhibit considerable freedom in integrating two-dimensional layered materials for achieving excellent performance. In this study, we construct a double-layer Ti2C/BP vdWH by stacking pristine monolayer black phosphorus (BP) and Ti2C vertically. The in-plane thermoelectric properties of BP, Ti2C and Ti2C/BP vdWHs at different temperatures are investigated using density functional theory combined with the non-equilibrium Green's function method. Results showed that the thermoelectric figure of merit (ZT) of Ti2C/BP vdWHs at room temperature (300 K) was approximately 103 and 104 times that of Ti2C and BP, respectively. Because of the mutual compensation of the electronic energy bands and interfacial phonon scattering, Ti2C/BP vdWHs have higher electron conductance and lower phonon conductance than both BP and Ti2C, which significantly enhances the ZT value of these structures. More importantly, the prominent thermoelectric properties of Ti2C/BP vdWHs maintain greater stability as the temperature rises (300–900 K), which leads to a high thermoelectric power factor and ZT value without relying on high temperatures. These results provide a new idea for designing two-dimensional functionalised nanoscale devices with excellent thermoelectric performance.
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