摘要：2025年2月20日，北京航空航天大学赵立东、Qing Tan、中国石油大学（北京）周天航在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Crystal symmetry modification enables high-ranged in

在过去10年中，硒化锡（SnSe）晶体作为一种前景广阔的热电材料取得了重大进展。其面内方向显示出强大的机械强度，适用于实际热电应用。

2025年2月20日，北京航空航天大学赵立东、Qing Tan、中国石油大学（北京）周天航在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Crystal symmetry modification enables high-ranged in-plane thermoelectric performance in n-type SnSe crystals》的研究论文，Haonan Shi、Yi Wen为论文共同第一作者，赵立东、Qing Tan、周天航为论文共同通讯作者。

赵立东，北京航空航天大学教授、材料科学与工程学院院长，国家杰青（2019）。2001年和2005年获得辽宁工程技术大学学士和硕士学位，2009年获得北京科技大学博士学位, 2009-2014年先后在法国Universite Paris-Sud和美国Northwestern University从事博士后研究，2014年加入北京航空航天大学。

赵立东教授的主要研究兴趣为开发宽温域高效温差发电和热电制冷材料及器件设计。已发表350余篇研究成果, 被引用超过45000次，包括11篇Science和2篇Nature。

周天航，中国石油大学（北京）副教授。1994年出生，2015 年本科毕业于中国石油大学（北京），2019年和2022年获得德国达姆施塔特工业大学硕士和博士学位。2022年加入中国石油大学（北京）任副教授。

周天航副教授的主要研究方向为：1.进行多尺度模拟和机器学习方法的原创开发；2.碳捕集溶剂筛选；3.低碳智慧液流电池储能技术；4.对石油开采和炼制过程进行基于机理的数值分析；5.废弃化学品高价值回收利用；6.氢气、二氧化碳和原油在地下复杂条件（如多离子与复杂岩石状况）下的分子模拟。在Nat. Commun.，Adv. Mater.，J. Chem. Theory Comput.等能源和计算方法TOP期刊发表SCI论文30余篇（一作和通讯22篇）。

在本文中，作者通过晶体对称性修饰优化了n型SnSe的面内热电性能。特别是，研究发现Te和Mo合金化可持续增强晶体对称性，从而将载流子迁移率提高到约422 cm2 V-1 s-1。同时，随着对称性的改变，导带趋于收敛，从而进一步改善了电传输性能。

此外，由于声学和光学分支的软性，晶格热导率限制在约1.1 W m-1 K-1。在300 K下，n型SnSe实现了约28 μW cm-1 K-2的热电功率因子和约0.6的ZT值，平均ZT在300-723 K之间达到了约0.89。基于获得的n型SnSe的单腿器件在ΔT约为300 K时显示出约5.3%的卓越效率，这是n型SnSe中报道中的最高效率。

本工作展示了SnSe在发电和余热回收实际应用中的巨大潜力。

图1：高性能n型SnSe晶体的Te和Mo合金化示意图

图2：SnSe、SnSe-0.75%Te和SnSe-0.75%Te-0.7%Mo的电传输性能

图3：SnSe-xTe和SnSe-0.75%Te-yMo的载流子浓度和迁移率变化

图4：对称性增强伴随能带收敛

图5：Te/Mo共掺杂前后SnSe的AC-STEM表征

图6：SnSe、SnSe-0.75%Te和SnSe-0.75%Te-0.7%Mo的热传输性能

图7：SnSe、SnSe-0.75%Te和SnSe-0.75%Te-0.7%Mo的性能

综上，作者通过在n型SnSe晶体中引入Te和Mo合金化，优化了晶体对称性，显著提升了其面内热电性能，实现了高迁移率（~422 cm2 V-1 s-1）和高功率因子（~28 μW cm-1 K-2）。

该研究成功将n型SnSe晶体的室温ZT值提升至~0.6，平均ZT值达到~0.89（300-723 K），并实现了单腿热电转换效率~5.3%（ΔT ~300 K）。这一成果不仅为低对称性热电材料的性能优化提供了新思路，还为n型SnSe晶体在可再生能源发电和废热回收领域的实际应用奠定了基础。

Shi, H., Wen, Y., Bai, S. et al. Crystal symmetry modification enables high-ranged in-plane thermoelectric performance in n-type SnSe crystals. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57125-w.

来源：小赵讲科学