通过固体热电材料将废热转化为电能为解决全球能源危机提供一种可行方案，铅卤化物材料目前是最主要的热电材料，随着卤元素数量增加，铅卤化物材料的热电性能衰减（PbTe>PbSe>PbS）。

有鉴于此，南京大学邹志刚、新加坡南洋理工大学颜清宇、美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis等报道发现通过PbS与GeS之间材料合金化，铅卤化物的传热和导电性能同时得以改善。

本文要点：

(1)

当加入GeS后，材料产生一系列复杂变化过程，Ge²⁺取代Pb²⁺位点，导致偏离中心，引入的Ge产生价态歧化反应生成Ge⁰和Ge⁴⁺并且生成稳定的二级包裹相Pb₅Ge₅S₁₂。PbS和Pb₅Ge₅S₁₂具有很好的能带连接，因此维持比较高的电子移动能力，生成的Pb₅Ge₅S₁₂因为形成S缺陷，提高电子载流子浓度。

(2)

Sb作为电子供体掺杂，产生较高的功率因数和较低的晶格导热率（~0.61 W m^-1 K^-1）。当GeS的合金化比例为14 %，样品展示了更高的室温电子传输性能（~121 cm² V^-1 s^-1）、更高的载流子浓度为3×10¹⁹ cm^-3，ZT达到1.32（923 K）。性能比Sb掺杂的PbS样品提高~55 %，性能是目前有关报道n型PbS材料性能最好的材料的一员。而且，在400-923 K温度区间平均ZT值为~0.76，是所有PbS体系中最高的结果。

参考文献

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*, and Mercouri G. Kanatzidis*, Valence Disproportionation of GeS in the PbS Matrix Forms Pb₅Ge₅S₁₂ Inclusions with Conduction Band Alignment Leading to High n-Type Thermoelectric Performance, J. Am. Chem. Soc. 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c01706

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01706