Bi₂Si₂Te₆，作为一种二维化合物，是一种直接带隙半导体，其光学带隙约为0.25 eV，是一种很有前途的热电材料。

近日，华中科技大学杨君友教授，南洋理工大学颜清宇教授，美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis报道了采用可扩展球磨和退火工艺制备了单相Bi₂Si₂Te₆，并采用放电等离子烧结法制备了高致密化的多晶样品。

文章要点

1）Bi₂Si₂Te₆表现出p型半导体输运行为，在573 K时具有约0.48 W m⁻¹ K⁻¹的本征较低晶格热导率。第一性原理密度泛函理论（DFT）计算表明，这种低的晶格热导率源于声学声子和低位光学声子的相互作用，Bi的局域振动，低的德拜温度，以及Bi₂Si₂Te₆独特的二维晶体结构和亚价键造成的强烈的非谐性。

2）在623 K时，Bi₂Si₂Te₆的ZT值约为 0.51，用Pb取代Bi后，ZT值得到进一步提高。由于载流子浓度的增加，Pb掺杂导致功率因数S²σ大幅度增加，从Bi₂Si₂Te₆的~ 3.9 μW cm⁻¹ K⁻²，增加到Bi_1.98Pb_0.02Si₂Te₆的~ 8.0 μW cm⁻¹ K⁻²（773 K）。此外，Pb掺杂导致Bi_1.98Pb_0.02Si₂Te₆晶格热导率在623 K时进一步降低至0.38 W m⁻¹ K⁻¹，这是由于点缺陷散射增强所致。优化功率因数和晶格热导率的同时优化使得Bi_1.98Pb_0.02Si₂Te₆在723 K时ZT达到约0.90的峰值，400 ~ 773 K时ZT达到约0.66的峰值。

参考文献

Yubo Luo, et al, Thermoelectric Performance of the 2D Bi₂Si₂Te₆ Semiconductor, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c12507

https://doi.org/10.1021/jacs.1c12507