热电材料作为一种具有潜力的清洁能源材料，近年来在材料、化学、物理研究等多个领域受到广泛关注。然而，较低的能量转换效率制约其在能源领域的实际应用，导致热电研究充满挑战性。故此，对热电现象的理论研究仍需更深层次的探索，理解并掌握材料电热输运的物理本质，对于该领域的进展具有重要的科学研究意义，其中晶格热导率作为唯一独立的热电参数，其重要性不言而喻。
近期，北京师范大学珠海先进材料研究中心、化学学院吴立明、陈玲教授课题组在碱金属硫属化合物A/M/Q (A = alkali metal; M = Cu, Ag; Q = S, Se, Te) 的电热输运研究中取得重要进展：借助吴立明老师早期提出的硼硫化法 (J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 4676-4681)，成功合成两例具有超低本征晶格热导率材料CsCu4S3和CsCu4Se3，特别是CsCu4Se3在650 K时晶格热导率低至0.20 W/m/K。进而他们从理论上深入分析该类材料的晶体结构，晶格动力学以及声子输运特性，发现该化合物结构中原子均存在高度不对称配位特征，同时具有多重键合作用（共价Cu–Se2–，弱共价作用力Cu–Se–，离子静电力Cs–Se2–），原子几何配位结构与化学键的复杂度最终决定CsCu4Se3的晶体学结构：双anti-CaF2构型的[(Cu+)4(Se2–)2](Se–)亚层与NaCl型[(Cs+)(Se2–)]–亚层沿c轴相互交替排列。晶格动力学研究表明CsCu4Se3结构中出现较大的晶格非简谐性主要归因于CuSe亚层与CsSe亚层之间的晶格振动耦合。声子研究结果表明CsCu4Se3具有较低声学波截止频率48 cm–1，其声学支与低频光学支的重叠，分别来自双anti-CaF2构型的[(Cu+)4(Se2–)2](Se–)亚层与NaCl型[(Cs+)(Se2–)]–亚层振动耦合，理论结合实验揭示了CsCu4Se3极低本征晶格热导率的根源。同时，对A/M/Q系列化合物的弹性模量进行系统地比较分析，发现该类材料具有较低的平均声速va (1770–2130 m/s)、德拜温度θD (111–220 K) 以及杨氏模量E (40–50 Gpa)，表明该类材料具备柔软的晶格框架以及相对较低的晶格热导率，是一类非常有潜力的热电材料。该项工作是他们课题组前期两例高性能热电材料CsAg5Te3 (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 11431−11436)、α-CsCu5Se3 (J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 5293−5303) 研究的延续，对A/M/Q系列化合物电热输运结构与性能的构效关系获得了更为深入的认识，有望为固体功能材料的结构设计提供新思路。
该工作近期被Journal of the American Chemical Society 杂志接受发表。北京师范大学珠海先进材料研究中心、化学学院为该工作完成单位。该研究得到国家自然科学基金、北师大高层次引进人才基金、北京师范大学珠海自然高等研究院、化学学院、北京市重点实验室、北京市自然科学基金等资金的大力资助，特此感谢。
官网报道：
http://www.camrbnu.com/researchDetail?researchId=10
https://news.bnu.edu.cn//zx/xzdt/124834.htm
导师介绍
陈玲
https://www.x-mol.com/university/faculty/65794
吴立明
https://www.x-mol.com/university/faculty/65793
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