基于碱金属的Zintl相X2AgY（X = Na, K；Y = Sb, Bi）在高温下展现出优异的热电性能：来自第一性原理研究的洞察

《ACS Applied Energy Materials》：Promising High Temperature Thermoelectric Performance of Alkali Metal-Based Zintl Phases X2AgY (X = Na, K; Y = Sb, Bi): Insights From First-Principles Studies

热电材料研究：碱金属基Zintl相X?AgY（X=Na/K，Y=Sb/Bi）通过晶格非谐性、声子散射及低声速实现0.2-0.4 W/m·K超低热导率，在700K时Na?AgBi ZT达2.6，展现出与传统最佳材料竞争潜力。

　　

为了寻找新型热电材料以回收环境中的废热，我们利用第一性原理方法研究了基于碱金属的Zintl相X₂AgY（其中X = Na、K，Y = Sb、Bi）。我们发现这些材料在700 K时的晶格热导率值非常低，范围在0.4到0.2 W m^–1 K^–1之间，这一性能超越了现有的热电材料（如SnSe、PbTe、Bi₂Te₃）以及其他Zintl相。这些极低的晶格热导率值归因于晶格的非谐性、较大的声子散射空间、较低的热子速度以及较短的声子寿命。在基于钾的材料中，较低的热子速度还与光谱中的带隙导致的声子模式扁平化有关。此外，材料内部的键合不均匀性也可能阻碍热传导。另外，除Na₂AgSb外，所有材料都观察到了声子色散中的“避免交叉”现象（即声子能量的突然变化），这抑制了声学模式的传播，进一步降低了热子速度。结合电学传输特性计算，这些材料在700 K时的优值（ZT）分别为：Na₂AgSb约为1.3，Na₂AgBi约为2.6，K₂AgSb约为0.4，K₂AgBi约为1.1。我们预测的ZT值与最先进的热电材料（如Mg₃Sb₂、ZrCoBi、PbTe、SnSe）以及当前的Zintl相具有竞争力。我们的研究结果表明，轻质碱金属原子与Ag–Bi/Sb型结构相结合有望实现优异的热电性能，为针对特定工作条件下的材料设计提供了新的思路。