无铅卤化物钙钛矿Cs2 SnGeX6 的结构、弹性、光电及热电性能第一性原理研究：氢能生产与光伏应用的多功能潜力

为解决铅基钙钛矿的环境毒性问题，研究人员通过第一性原理计算（DFT）系统研究了无铅双钙钛矿Cs2 SnGeX6 （X=Cl, Br, I）的结构稳定性、电子能带、光吸收（最高4.22×105 cm?1 ）及热电性能（ZT值达0.94）。结果表明，该材料兼具直接带隙、优异光催化水分解（符合氧化还原电位）和光伏特性，为清洁能源技术提供了环境友好型候选材料。

　　

随着全球能源危机与环境问题加剧，开发高效、稳定的清洁能源材料成为研究热点。传统铅基钙钛矿虽性能优异，但其毒性和不稳定性严重制约实际应用。为此，研究人员将目光转向无铅双钙钛矿Cs₂
SnGeX₆
，这类材料不仅环境友好，还具备可调带隙和高光吸收特性，有望在光伏和光催化领域实现突破。

研究团队采用基于密度泛函理论（DFT）的WIEN2k软件包，结合FP-LAPW（全势线性缀加平面波）方法，系统分析了Cs₂
SnGeX₆
的晶体结构、弹性常数、电子能带、光学响应及热电参数。通过GGA-PBE泛函优化结构，并利用TB-mBJ修正带隙计算，同时采用玻尔兹曼输运理论评估热电性能。

结构性质与热力学稳定性
Cs₂
SnGeX₆
呈现立方晶系（Fm$\stackrel{}{3}$
￣



m对称性），通过形成焓、弹性常数及容忍因子验证其稳定性。Cl、Br、I变体均满足力学稳定性判据，且容忍因子（0.82–0.85）表明结构可行性。

电子与光学特性
材料显示直接带隙（1.5–2.3 eV），导带底（CBM）和价带顶（VBM）分别跨越水分解的H₂
/H₂
O和O₂
/H₂
O电位。光吸收系数高达4.22×10⁵
cm^?1
（Br变体），折射率（2.31–3.13）表明强光捕获能力。

热电性能
Seebeck系数（350 μV/K）与低热导率协同作用，使ZT值在300 K时达0.94，凸显其热电转换潜力。

结论与意义
该研究首次揭示Cs₂
SnGeX₆
集光催化、光伏及热电性能于一体：其带隙可调性满足可见光驱动水分解（产氢）和CO₂
还原需求；高ZT值拓宽了废热利用场景。这一发现为设计多功能能源材料提供了理论框架，推动无铅钙钛矿从实验室走向实际应用。论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，作者Loubna Dahane和Hamid Ez-Zahraouy强调需进一步实验验证界面反应动力学。