近期，曲阜师范大学物理工程学院高压科学研究团队张永胜教授与南京理工大学唐国栋教授和西安交通大学吴海军教授合作，在n型多晶SnSe热电性能研究方面取得新进展。研究人员通过理论和实验合作实现了n型多晶SnSe热电性能的突破，解决了热电材料领域内长期困扰的技术难题，为SnSe材料的商业化应用打下了坚实的基础。相关成果以“Divacancy and resonance level enables high thermoelectric performance in n-type SnSe polycrystals”为题（全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48635-0），发表于《自然-通讯》（Nature Communications, 15, 4231, 2024），张永胜教授为文章第一通讯作者。

热电材料是能够实现热能与电能间直接转化的功能材料，其在发电过程中具有无可动部件、无噪音和无废物排放等优点。因此，热电材料不但能促进发电方式的革新，而且在废热利用方面具有重要的应用价值，可以把海量的废热（工业废热、环境废热和生物废热等）转化为有用的电能。尽管如此，热电材料的广泛应用受限于热电性能ZT，其与电学性能（Seebeck系数和电导率，或功率因子）成正比，而与热学性能（热导率）成反比。为此，寻找新型高效热电材料或提升现有材料的热电性能是物理和材料科学中的重点和难点。SnSe单晶热电材料在2014年面世以来（Nature, 508, 373, 2014），其超高的热电性能引领了热电材料的研究。然而，单晶SnSe面临着合成制备困难和机械性能差等问题，而多晶SnSe虽然能很好地解决这些问题，但是其热电性能又偏差，尤其是高效n型体系长期以来缺失（ZT<2.0）。这严重限制了SnSe在热电器件上的商业化应用前景。

图注: (a) W掺杂和双空位对SnSe能带的影响；（b）多种缺陷对热导率的影响；（c）缺陷对热输运和电输运影响机制示意图；（d）电学性能（功率因子）随温度的变化；（e）热学性能（热导率）随温度的变化；（f）该工作获得的ZT值与文献值的对比。

曲阜师范大学物理工程学院高压科学研究团队与南京理工大学和西安交通大学合作，通过理解掺杂元素能级位置，模拟和合成制备了W掺杂n型多晶SnSe体系，研究了掺杂原子和SnSe中的双空位（Sn和Se空位）对电输运和热输运的影响，发现W掺杂和双空位导致的共振能级效应和载流升高能够提升了材料的电学性能，而且微观结构的改变增强了声子散射降低热导率，最终使n型多晶SnSe的ZT值在773K达到2.2的纪录值。该工作揭示了多晶SnSe热电性能提升的物理机理，不但为今后热电材料性能调控提供新方案，而且为SnSe体系的商业化应用打下材料基础。

曲阜师范大学高压物理与材料科学（HPPMS）研究团队围绕极端条件凝聚态物理与材料科学，主要从事高压技术开发与新型超硬、超导、热电等材料设计及应用开发研究。近5年，团队共发表Nat. Commun.、PNAS、Angew. Chem.、J. Am. Chem. Soc.等高水平学术论文100余篇，主持国家级、省部级项目20余项，多项成果实现技术转让与产业化，2023年被评为山东省优秀研究生导学团队，2024年被评为山东省“干事创业好团队”。

本文第一通讯作者张永胜教授，系国家级人才入选者、山东省泰山学者特聘专家；硕士毕业于中科院固体物理研究所，博士毕业于德国马普协会Fritz-Haber-Institute，之后在美国西北大学从事博士后研究，归国后在中科院固体物理研究所工作；2022年，通过高层次人才全职到曲阜师范大学工作；迄今为止，已在Nature, Phys. Rev. Lett., Nature Commun.等国际顶尖期刊上发表SCI论文100余篇，引用8000余次，主持国家自然科学基金和军科委基础加强重点等项目。