李敬锋，博士生导师，清华大学材料学院教授、日本工程院外籍院士、长江学者特聘教授、国家杰青获得者、清华大学-丰田研究中心副主任、新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室学术委员会副主任、Journal of Materiomics主编、《硅酸盐学报》副主编、美国陶瓷学会Fellow、国际热电学会理事、中国硅酸盐学会常务理事、中国硅酸盐学会微纳技术分会副理事长、中国硅酸盐学会薄膜与涂层分会副理事长、IEEE铁电委员会委员与Symposium Chair、中国材料研究学会热电材料与应用分会主任（2018-2020）（信息来源：https://www.mse.tsinghua.edu.cn/info/1024/1635.htm）
热电材料能够将热能直接转化为电能用于发电，有助于同时解决全球能源和环境危机。其中，硒化亚铜（Cu2Se）被认为是高温热电应用的有前途的候选材料。尽管在电输运调制方面取得了显著的进步，但是留给热输运优化的空间非常有限，这主要是由于本征Cu空位的存在、Cu离子的液态特征以及晶格中低元素溶解度。
在本文中，作者提出了简单的纳米复合材料的策略，通过引入改性TiO2-n自组装体打破了Cu2Se基材料热输运调控的瓶颈。TiO2-n纳米团簇的加入不仅在973 K时实现了0.285 WK-1 m-1的超低总热导率，还使得TiO2-n添加样品达到了2.8的高ZT值。研究展示了通过自组装设计调节热输运的范例。
图1：TiO2-n纳米粒子在铜硒化物中实现超低总热导率和高ZT值的机制。
图2：Cu1.99Se/TiO2-n复合材料的热电性能。
图3：Cu1.99Se + 0.25 wt % TiO2-n样品中TiO2-n团簇的(S)TEM分析。
图4：Cu1.99Se + 0.25 wt % TiO2-n(S)样品中的TiO2-n团簇的透射电镜分析。
本研究通过在Cu2Se基材料中引入TiO2-n纳米团簇，有效地降低了载流子浓度，同时保持了载流子迁移率的稳定。
这种策略导致了电子热导率的显著降低和晶格热导率的减少，最终实现了在973 K时0.285 W K-1 m-1的超低总热导率和2.8的高ZT值。这些发现为设计和开发新型高效的热电材料提供了重要的理论基础和实验指导。
标题：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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