近年来，随着一些新的热电输运效应和机理的提出和发展，许多新的高性能热电材料体系相继被发现。其中，类金刚石结构化合物来源于金刚石结构。由于组成元素的原子半径和化学价的不同，使材料的晶格发生畸变，金刚石的立方结构转变为非立方结构。类金刚石化合物由于其固有的低热导率和可控的电学性质，有望成为优异的热电材料。自2009年中国科学院上海硅酸盐研究所热电研究团队首次报道了四元化合物Cu2CdSnSe4和Cu2ZnSnSe4的热电性质以来，类金刚石结构化合物在热电研究领域得到了广泛关注。迄今为止，已经报道了20多种金刚石结构化合物的热电性能，其中许多P型材料的热电优值高于1，与传统的热电材料不相上下。然而，N型类金刚石化合物的热电优值普遍较低，这限制了高效类金刚石化合物热电器件的发展。 　　

　　近日，上海硅酸盐研究所邱鹏飞副研究员、石迅和陈立东与上海大学杨炯教授合作，发现了一种晶格热导率极低、电学性质可控的高性能N型类金刚石碳结构化合物AgInSe2。在900K时，AgInSe2基化合物的最高热电优值达到1.1，与报道最好的P型类金刚石化合物如CuGaTe2和CuInTe2相当。在此基础上，研究团队首次制备了具有良好应用前景的类金刚石结构化合物热电元件。 　　

　　AgInSe2的禁带宽度约为1.2eV，以前对AgInSe2的研究主要集中在光电领域的应用。发现AgInSe2的晶格热导率远低于其它类金刚石化合物。在室温下，AgInSe2的晶格热导率仅为0.99 wm-1K-1，与非晶玻璃相当。第一性原理计算表明，AgInSe2的声子谱中存在大量的低频光学分支，靠近其频率的晶格声子的强散射是AgInSe2晶格热导率低的根本原因。进一步研究表明，这些低频光分支来自于“Ag-Se团簇”的协调振动。在AgInSe2的晶体结构中，Ag和Se以强化学键结合，而In与上述两个原子的化学键较弱。所以Ag和Se可以形成整体质量较大的“Ag-Se团簇”，其结合力较弱，所以表现出低声子振动频率。另一方面，通过在AgInSe2中引入Se空位或在Ag位引入Cd元素进行掺杂，可以提高材料的电导率。初步研究表明，含有少量硒空位的AgInSe2化合物的热电优值在900K达到1.1。 　　

　　基于研究团队早前报道的高性能N型AgInSe2化合物和P型CuInTe2基化合物(J. Mater。化学。a，2016，4，1277)，本研究首次用两个热电偶制备了类金刚石结构复合热电元件。采用电镀和钎焊技术成功地将镍电极和钼铜电极连接到热电偶的冷端和热端。初步测试结果表明，在520K温差下，器件的最大输出功率为0.06W。如果能进一步优化器件界面的接触电阻和热阻，其性能将进一步提高。 　　

　　相关研究成果发表在《高级科学》杂志上。该研究得到了国家自然科学基金、中科院重点部署项目、青年创新促进会、上海市杰出学术带头人计划的支持。 　　

　　图一。(a)n型AgInSe2类金刚石结构化合物的热电优值；(b)第一个类金刚石结构化合物热电装置。 　　

　　图二。(a)N型AgInSe2类金刚石结构化合物的声子谱；(b)晶格热导率