Nanostructured Ferecrystal Intergrowths with TaSe2 Unveiled High Thermoelectric Performance in n-Type SnSe

热电效应 热电材料 超晶格 声子 声子散射 功勋 热导率 纳米结构 凝聚态物理 化学 散射 纳米技术 材料科学 结晶学 光电子学 热力学 光学 物理 复合材料
作者
Vaishali Taneja,Naveen Goyal,Subarna Das,Sushmita Chandra,Prabir Dutta,N. Ravishankar,Kanishka Biswas
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (35): 24716-24723 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09943
摘要

Ferecrystals, a distinctive class of misfit layered compounds, hold significant promise in manipulating the phonon transport owing to their two-dimensional (2D) natural superlattice-type structure and turbostratic (rotational) disorder present between the constituent layers. Integrating these 2D intergrowth structures as nanodomains embedded in a bulk thermoelectric matrix is a formidable challenge in synthetic chemistry, yet offers groundbreaking opportunities for efficient thermoelectrics. Here, we have achieved an exceptionally high thermoelectric figure of merit, zT ∼ 2.2, at 823 K in n-type Ta and Br-codoped SnSe, by successfully incorporating [(SnSe)1.15]7(TaSe2)1 ferecrystals with [110] SnSe//[100] TaSe2 orientation, as nanostructures with modulations in few nm in bulk SnSe solid-state matrix. While the presence of ferecrystal nanostructures induces strong scattering of heat-carrying phonons resulting in an ultralow lattice thermal conductivity (κL) of ∼0.18 W m-1 K-1 at 773 K, the Ta and Br codoping strategy increases the concentration of n-type charge carriers for enhanced electrical conductivity. Our approach provides a new pathway for damping the phonon transport and enhancing the thermoelectric performance in 2D layered materials.
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