李敬鋒，博士生導師，清華大學材料學院教授、日本工程院外籍院士、長江學者特聘教授、國家杰青獲得者、清華大學-豐田研究中心副主任、新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室學術委員會副主任、Journal of Materiomics主編、《硅酸鹽學報》副主編、美國陶瓷學會Fellow、國際熱電學會理事、中國硅酸鹽學會常務理事、中國硅酸鹽學會微納技術分會副理事長、中國硅酸鹽學會薄膜與涂層分會副理事長、IEEE鐵電委員會委員與Symposium Chair、中國材料研究學會熱電材料與應用分會主任（2018-2020）（信息來源：https://www.mse.tsinghua.edu.cn/info/1024/1635.htm）
熱電材料能夠將熱能直接轉化為電能用于發電，有助于同時解決全球能源和環境危機。其中，硒化亞銅（Cu2Se）被認為是高溫熱電應用的有前途的候選材料。盡管在電輸運調制方面取得了顯著的進步，但是留給熱輸運優化的空間非常有限，這主要是由于本征Cu空位的存在、Cu離子的液態特征以及晶格中低元素溶解度。
在本文中，作者提出了簡單的納米復合材料的策略，通過引入改性TiO2-n自組裝體打破了Cu2Se基材料熱輸運調控的瓶頸。TiO2-n納米團簇的加入不僅在973 K時實現了0.285 WK-1?m-1的超低總熱導率，還使得TiO2-n添加樣品達到了2.8的高ZT值。研究展示了通過自組裝設計調節熱輸運的范例。
圖1：TiO2-n納米粒子在銅硒化物中實現超低總熱導率和高ZT值的機制。
圖2：Cu1.99Se/TiO2-n復合材料的熱電性能。
圖3：Cu1.99Se +?0.25 wt % TiO2-n樣品中TiO2-n團簇的(S)TEM分析。
圖4：Cu1.99Se + 0.25 wt % TiO2-n(S)樣品中的TiO2-n團簇的透射電鏡分析。
本研究通過在Cu2Se基材料中引入TiO2-n納米團簇，有效地降低了載流子濃度，同時保持了載流子遷移率的穩定。
這種策略導致了電子熱導率的顯著降低和晶格熱導率的減少，最終實現了在973 K時0.285 W K-1 m-1的超低總熱導率和2.8的高ZT值。這些發現為設計和開發新型高效的熱電材料提供了重要的理論基礎和實驗指導。
標題：Ultralow thermal conductivity and high ZT of Cu2Se-based thermoelectric materials mediated by TiO2-n nanoclusters
DOI：10.1016/j.joule.2024.06.007
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