Stereoactive Lone-Pair Manipulation for High Thermoelectric Performance of GeSe-Based Compounds

单独一对 材料科学 正交晶系 价电子 结晶学 热电效应 凝聚态物理 塞贝克系数 三角晶系 晶体结构 氮族元素 电子 热导率 热力学 物理 化学 量子力学 复合材料 超导电性 分子
作者
Jingjing Cui,Weibin Xu,Lin Liao,Jingsai Cheng,Songlin Li,Qicai Mei,Chenghao Xie,Chengyun Liao,Jinsong Wu,Qingjie Zhang,Xinfeng Tang,Gangjian Tan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 5133-5140 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.4c20720
摘要

Materials with high crystallographic symmetry are supposed to be good thermoelectrics because they have high valley degeneracy (NV) and superb carrier mobility (μ). Binary GeSe crystallizes in a low-symmetry orthorhombic structure accompanying the stereoactive 4s lone pairs of Ge. Herein, we rationally modify GeSe into a high-symmetry rhombohedral structure by alloying with GeTe based on the valence-shell electron-pair repulsion theory. We demonstrate that the substitution of Se by Te weakens the stereoactivity of the Ge lone-pair electrons, resulting in robust rhombohedral structures of GeSe1–xTex for x ≥ 0.3 at room temperature. The increase of crystal symmetry not only boosts NV from 2 for orthorhombic GeSe to 9 for rhombohedral GeSe1–xTex but greatly enhances μ from <5 to >10 cm2 V–1 s–1 (room-temperature values), thereby remarkably elevating the power factors by 2 orders of magnitude (26.9 μW cm–1 K–2 at 638 K for x = 0.5). Surprisingly, despite their higher crystallographic symmetry, rhombohedral GeSe1–xTex compounds display even lower lattice thermal conductivities (∼1.0 W m–1 K–1 at 300 K for x = 0.5) than binary GeSe (∼2.5 W m–1 K–1 at 300 K) due to abundant alloying defects in the Se–Te sublattice and ferroelectric instability. Altogether, a maximum ZT value of ∼1.1 at 638 K is achieved in rhombohedral GeSe0.5Te0.5, which already outperforms GeTe. This work provides an avenue for engineering the thermoelectric properties of low-symmetry compounds containing lone-pair electrons.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
wuli林完成签到 ,获得积分10
2秒前
坦率的梦旋完成签到,获得积分10
2秒前
4秒前
干净的叫兽完成签到,获得积分10
5秒前
小闲闲发布了新的文献求助10
6秒前
星辰大海应助淼淼采纳,获得10
7秒前
充电宝应助Mao采纳,获得10
12秒前
12秒前
13秒前
情怀应助飞飞飞采纳,获得10
16秒前
18秒前
拉长的砖家完成签到,获得积分20
20秒前
21秒前
小蘑菇应助章鱼采纳,获得10
22秒前
23秒前
兴奋怜阳完成签到,获得积分10
23秒前
一只小胖橘完成签到 ,获得积分10
25秒前
充电宝应助神烦狗采纳,获得10
26秒前
cdercder应助自信的冬日采纳,获得10
27秒前
molihuakai应助lt采纳,获得10
27秒前
酷波er应助无心的土豆采纳,获得10
37秒前
动听的尔槐完成签到 ,获得积分10
38秒前
40秒前
十二应助拉长的砖家采纳,获得10
40秒前
41秒前
42秒前
42秒前
科研完成签到,获得积分10
43秒前
43秒前
小闲闲发布了新的文献求助10
44秒前
无心的土豆完成签到,获得积分10
45秒前
cdercder应助自信的冬日采纳,获得10
46秒前
忧郁凡灵发布了新的文献求助10
46秒前
首席医官完成签到,获得积分10
47秒前
47秒前
48秒前
48秒前
49秒前
青丝二缕完成签到 ,获得积分10
49秒前
汉堡包应助忧郁凡灵采纳,获得10
52秒前
高分求助中
液晶指向矢仿真分析数据集 8888
Invited Discussant 63O and 64O 1000
Ideology and Meaning-Making under the Putin Regime 750
The Study of Hand-Illumination and Woodcut Illustration in Italian Incunabula, 1960s -2020: Historiography and a Memoir 500
Petrology and Plate Tectonics 500
Writing Systems 500
A Handbook of User Experience Research & Design in Libraries 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 计算机科学 化学工程 生物化学 物理 内科学 复合材料 催化作用 光电子学 物理化学 电极 细胞生物学 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6887034
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8585023
关于积分的说明 18237263
捐赠科研通 6275722
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3057404
关于科研通互助平台的介绍 2070716
邀请新用户注册赠送积分活动 2034943