近日，我院微纳功能碳材料研究团队在热电材料结构设计与性能调控方面取得重要进展，相关成果以“Synergistic Effects of Interstitial and Substitutional Doping on the Thermoelectric Properties of PbS”为题目发表于国际知名物理期刊《Applied Physics Letters》上，该论文第一作者为2023级硕士研究生吴奔腾，通讯作者为我院青年教师李梦瑶和宋红章副教授，郑州大学物理学院为论文第一单位。

PbS被广泛认为是一种很有前途的中温区n型热电材料。尽管该材料已经展现出良好的热电性能，但通过调节导带中轻重带之间的差异来优化电传输性能，并通过调控化学键强度以降低晶格热导率，其热电性能仍有进一步提升的潜力。

鉴于此，课题组研究人员通过实验方法和DFT计算分析了Sb掺杂对PbS能带结构的影响。结果表明，当Sb³⁺取代Pb²⁺时，能有效降低轻带和重带之间的能量差，促进轻带与重带的简并性，并增加载流子浓度和迁移率。而当Sb³⁺占据间隙位置时，它会引入一个共振能带，进一步提高载流子浓度。此外，Sb掺杂通过削弱Sb周围S原子与Pb原子之间的化学键，导致强弱化学键的共存，这一效应能够有效散射声子并进一步降低晶格热导率。综上所述，这种利用间隙和取代双重掺杂的策略，为开发高性能PbS基热电材料提供了一个有前景的方向。

该工作得到了国家重点研发计划以及中国博士后科学基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0238037