第一作者：孟维特

通讯作者：Lim Khak Ho研究员、刘玉

通讯单位：浙江大学衢州研究院、合肥工业大学

论文DOI：10.1021/acsnano.5c12627

SnTe作为无铅 IV–VI 硫族化合物，在中温域存在广泛应用潜力，但其固有载流子浓度和热导率较高是长期制约其热电性能提升的核心问题。提高 Seebeck 系数同时保持较高电导、并有效抑制晶格热导，亟需在缺陷调控与纳米尺度界面工程之间找到协同路径。论文提出并系统化地实施了两条协同路线：一是开发硫醇–胺（thiol–amine）配合物作为 Te/Se 前驱体与配位溶剂，构建更可控、更高产率的胶体合成体系，从分子水平上调控成核与长大；二是通过Bi掺杂与分子级表面修饰实现能带调控与界面工程。前驱体化学决定纳米晶的初始缺陷/掺杂分布，表面处理在烧结/致密化过程中诱导纳米域、应变场与界面相互作用，从而同时优化电学输运和声子散射。

全球能源需求增长与气候危机加剧，推动可持续能源转换技术成为研究热点。热电材料因能够直接实现热能与电能的相互转换，在余热回收与固态制冷等领域展现出巨大潜力，其性能由热电优值（zT）决定。然而，电、热输运难以协同优化，成为制约材料实用化的核心瓶颈。在中温区间（500–900 K），p型SnTe因无铅环保和高本征电导率，被认为是铅基材料的理想替代。但现有溶液相合成方法依赖昂贵且位阻大的三辛基膦TOP配体，产率不足50%，难以实现规模化制备与性能调控。因此，亟需发展低成本、可扩展的合成方法，并实现电子能带与微观结构的协同优化，以提升SnTe的综合热电性能。

1）以胺/硫醇复配替代昂贵TOP，制备高活性Te前驱体，SnTe纳米颗粒产率超90%，突破成本高、产率低瓶颈。

2）Bi掺杂与CdSe表面处理协同作用，将价带极大值差由0.30 eV降至0.10 eV，提升价带简并度与塞贝克系数。

3）表面化学预处理诱导纳米域、晶粒细化与应变调控，构建多级声子散射中心，将晶格热导降至接近非晶极限，实现电热输运解耦。

图1.（a）Te ink前体合成SnTe纳米晶及表面修饰示意；（b-e）SnTe纳米晶的TEM；（f-g）Bi掺杂与CdSe表面处理后SnTe纳米晶的TEM及其元素分布。

图2. （a-c）SnTe的XRD表征图及晶格参数；(d-f) SnTe基体和Bi掺杂、CdSe表表面处理后的SEM图像对比；(g-i)Bi、Cd、Se元素的XPS图谱。

图3. 纯相 SnTe、Bi 掺杂及 Bi/Cd/Se 共掺 SnTe 的 DFT 计算结果与示意图，展示掺杂对能带结构与态密度的影响。

图4. 纯相 SnTe、Bi 掺杂及 Bi/Cd/Se 共掺 SnTe的相关电学性质。

图5. Sn_1-xBi_xTe(x=0、0.03、0.05)及 Sn_0.97Bi_0.03Te-4%CdSe的热学性质。（c）晶界散射的示意图。（e-f)zT曲线及理论转换效率η，与已有报道的 SnTe基材料进行对比。

图6. Sn_0.97Bi_0.03Te-4%CdSe的TEM图，展示SnTe/CdTe/CdSe三相共存的微观结构，其有效散射声子并显著降低热导率

综上所述，Lim Khak Ho/刘玉提出了一种硫醇-胺复合物介导的胶体合成策略，实现了SnTe纳米材料的低成本规模化制备。进一步结合Bi掺杂与CdSe表面工程的协同调控，在电子能带优化与多级声子散射构建方面取得双重突破。该研究不仅为SnTe基热电性能提升开辟了全新思路，也为无铅热电材料在中温余热回收与固态制冷等领域的实用化提供了重要支撑。

Lim Khak Ho（林嘉河），香港科技大学博士。2020年任职于浙江大学衢州研究院，致力于热电纳米材料、生物质材料、柔性电子、微能量收集及气敏传感等。近5年发表30余篇高水平论文，H指数23。主持并参与多项国家/省/市级科研项目。此外，担任多个国际期刊编委，入选国家外国专家、市“青年人才”计划。

刘玉，合肥工业大学化学与化工学院“黄山学者”特聘教授，研究员，2023安徽省高层次青年人才，长期从事硫族半导体纳米材料、热电能量转换与器件应用。迄今在国际主流学术期刊发表SCI学术论文60余篇，相关的研究工作被正面引用2300次，申请授权发明专利6项。目前受邀担任多个期刊客座编辑和主题编辑，玛丽·居里校友会会员（MCAA, No. 0148026）。