近日，深圳大学物理与光电工程学院陈跃星助理教授在Nature Index期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Integration of Boron Nitride Into Tin-Enriched SnSe2for a High-performance Thermoelectric Nanocomposite with Optimized Electrical Transport and Mechanical Properties”的研究成果。该工作首次将氮化硼（BN）引入富锡SnSe2中，制备了具有协同增强热电性能的多相复合材料，显著提升了SnSe2的热电性能，并同时改善了其机械性能。深圳大学物理与光电工程学院教师陈跃星为论文第一作者，Mohammad Nisar，罗景庭教授以及郑壮豪特聘教授为该论文共同通讯作者，深圳大学为第一通讯单位。
SnSe2是一种具有CdI2型层状结构的本征n型半导体，在热电研究中一直被忽视。理论计算预测在800 K时ZT为2.95，最佳载流子浓度为1.0×1020cm-3。然而，提高其功率因数是具有挑战性的。SnSe2在费米能级附近缺少第二个导带，限制了通过传统方法对功率因子的提高。该研究通过在SnSe2中加入少量的BN，成功优化了载流子浓度和迁移率，从而提升了Seebeck系数，并通过密度泛函理论计算验证了带隙增大和费米能级附近电子态密度的增强对热电性能的影响。最终，采用仅含0.8 wt.% BN的复合材料，实现了功率因子达到940μW m−1K−2的优异表现。研究团队还发现，BN的引入促进了硒空位的生成，导致晶格应变增加，从而有效提高了声子散射，减少了晶格热导率约37%。这使得该复合材料在767K时达到了0.68的ZT值，相较于原始SnSe2提高了约76%。此外，BN的加入还增强了材料在不同热力学和机械条件下的稳定性和可靠性。该研究不仅为提升SnSe2的热电性能提供了一种有效的复合材料策略，还为未来热电材料的复合设计和能带工程提供了宝贵的经验，推动了高性能热电材料的进一步发展，为热电技术在能源回收和冷却应用中的推广提供了新的方向。
研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金杰出青年基金、广东省自然科学基金面上项目等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202425050
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