近日，广州大学郭凯教授、上海大学骆军教授和北京航空航天大学赵立东教授在优异热电性能的1-1-1型Zintl相热电材料的研究上，又取得重要进展。相关研究成果以题为“NaCdSb:An Orthorhombic Zintl Phase with Exceptional Intrinsic Thermoelectric Performance”发表在Angewandte Chemie。Angewandte Chemie是德国化学会于1962年主办的学术期刊，是世界顶级化学类学术期刊之一，涉及领域主要分布在有机化学、生命有机化学、材料学、高分子化学等。
基于热电材料的绿色热电转换技术能够实现电能与热能的直接转化，在余热发电和固态制冷方面具有广阔的应用前景。对于当前的能源发展具有重要意义。
1930年，Edward Zintl和Wilhelm Klemm发现了一类具有丰富化学键和结构特征的极性金属间化合物——Zintl相化合物。Zintl相化合物有着丰富的结构类型——从孤立的基团（14-1-11）到四面体串联而成的一维带状结构（11-6-12，5-2-6，3-1-3），以及二维层状结构（1-2-2，9-4-9，1-1-4）和类似于方钴矿的笼状结构（1-2-2）。这类化合物具有独特的阴离子框架以及弱束缚的阳离子，展现“电子晶体-声子玻璃”的理想热电材料特征。
郭凯教授等报道的1-1-1型Zintl相热电材料化合物NaCdSb为正交结构，阳离子Na被“之”字形和扭曲四元环的CdSb阴离子网络包围，在673 K时未经优化的NaCdSb本征热电优值可达1.3。
NaCdSb是一种极具潜力的Zintl相热电材料。NaCdSb的晶格热导率在320K仅有1.04 W m-1 K-1，673 K时更低至0.42 W m-1 K-1。第一性原理计算结果显示，NaCdSb中的光学支与声学支相互耦合，且具有较低的声子频率范围。声子态密度表明这些声学支主要来自于Cd和Sb的贡献，Cd-Sb化学键键长和强度的波动造成该体系大的非谐性和低晶格热导。结合NaCdSb的功率因子在673 K达到最大值11.56 μW cm-1 K-2，因而其热电优值zT值在该温度下约为1.3。热电仿真结果表明由p型NaCdSb与n型Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01构成的器件的最大功率与p型Mg3Sb2与n型MgAgSb组成的器件的功率相当。
该工作的合作者还包括广州大学潘书生教授、上海大学杨炯教授、中国科学院上海硅酸盐研究所程国峰研究员等。
论文信息：
NaCdSb: An Orthorhombic Zintl Phase with Exceptional Intrinsic Thermoelectric Performance
Kai Guo, Yuting Zhang, Song Yuan, Qinghang Tang, Chen Lin, Pengfei Luo, Jiong Yang, Shusheng Pan, Li-Dong Zhao, Guofeng Cheng, Jiye Zhang, Jun Luo
Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212515
