高性能N型BiCuSeO热电材料研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51772012
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Thermoelectric materials have attracted ever-increasing attention in the new energy and technology field. The trend of exploring high-performance thermoelectric materials will be focused on the issues of earth-abundant, environmental-friendly and thermal stability, etc. BiCuSeO oxyselenides have been extensively studied since it was reported as very promising thermoelectric material in 2010. The maximum ZT value of BiCuSeO system was significantly improved from 0.76 to 1.5 in the past several years, which can be comparable to some typically conventional thermoelectric materials. However, to date, all the BiCuSeO studies have reported are p-type materials. To construct a high performance thermoelectric device, both performance-matched n-type and p-type materials are required, this project aims to develop high-performance n-type BiCuSeO that could well match its p-type counterpart. The designing strategy for developing high performance n-type BiCuSeO can be described below as several rational successive steps. Firstly, filling p-type Cu and Bi vacancies and then electron-doping will be carried out to optimize electrical transport of n-type BiCuSeO matrix. Secondly, the approaches of modulation doping and microstructures texturing are proposed to further enhance the carrier mobility and electrical conductivity. Thirdly, Seebeck coefficients at room temperature and high temperature are proposed to be improved through applying distortion of the electronic density of states and valence bands convergence, respectively. At last, the high-performance n-type BiCuSeO would be expected to achieve.
热电材料在新能源技术领域具有广泛和重要的应用。综合元素的储量、环境友好和温度稳定性等因素考虑,寻找低成本、环境友好、高性能的新型热电材料将成为热点研究方向之一。自2010年首次报道BiCuSeO具有热电性能以来,该材料受到热电领域广泛关注,目前可以达到1.5的ZT值可与传统热电材料相媲美。然而目前报道的所有的BiCuSeO材料均为p型,为要实现高的热电转化效率需要性能匹配的n型材料,但目前对于n型BiCuSeO体系的研究工作尚属空白。本项目的研究目标是制备与p型BiCuSeO性能相匹配的n型BiCuSeO热电材料。项目的研究思路是首先补偿p型Cu和Bi空位再进行电子掺杂,获得性能最佳的n型BiCuSeO基体材料;进一步采取调制掺杂、择优取向织构制备、元素固溶和态密度共振等手段提高材料的性能优值ZT,最终获得性能优异的n型BiCuSeO块体热电材料。

结项摘要

热电材料在新能源技术领域具有广泛和重要的应用。综合元素的储量、环境友好和温度稳定性等因素考虑,寻找低成本、环境友好、高性能的新型热电材料将成为热点研究方向之一。自2010年首次报道BiCuSeO具有热电性能以来,该材料受到热电领域广泛关注,目前可以达到1.5的ZT值可与传统热电材料相媲美。然而目前报道的所有的BiCuSeO材料均为p型,为要实现高的热电转化效率需要性能匹配的n型材料,但目前对于n型BiCuSeO体系的研究工作尚属空白。本项目的研究目标是制备与p型BiCuSeO性能相匹配的n型BiCuSeO热电材料。本项目主要取得如下进展:1)通过空位补偿成功合成了具有n型半导体特性的BiCuSeO样品;2)通过复合高电导率的Ag单质,极大的提高了n型BiCuSeO体系的电导率;3) 通过卤族元素的掺杂,可在BiCuSeO材料中实现了稳定的n型BiCuSeO化合物;4)通过两种化合物BiCuSeO和Bi2O2Se复合,制备了一种n型Bi6Cu2Se4O6氧化物热电材料;5)通过引入过渡金属元素(Ti,Zr,Ce),显著提高了n型Bi6Cu2Se4O6的电子载流子浓度并改善了电传输性能,最终873 K时在Bi5.9Zr0.1Cu2Se3.6Cl0.4O6中最高ZT值达到~0.16。该项目研究表明,以n型BiCuSeO体系为研究对象,可以获得性能较佳的n型氧化物热电材料。本项目共发表了22篇研究成果,包括4篇Science。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Enhancing thermoelectric performance ofn-type Bi6Cu2Se4O6through introducing transition metal elements
引入过渡金属元素增强n型Bi6Cu2Se4O6热电性能
  • DOI:
    10.1016/j.scriptamat.2021.114010
  • 发表时间:
    2021-09-01
  • 期刊:
    Scripta Materialia
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Junqing Zheng;Dongyang Wang;Li-Dong Zhao
  • 通讯作者:
    Li-Dong Zhao
High thermoelectric performance in low-cost SnS0.91Se0.09 crystals
低成本 SnS0.91Se0.09 晶体具有高热电性能
  • DOI:
    10.1126/science.aax5123
  • 发表时间:
    2019-09-27
  • 期刊:
    SCIENCE
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    He, Wenke;Wang, Dongyang;Zhao, Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao, Li-Dong
3D charge and 2D phonon transports leading to high out-of-plane ZT in n-type SnSe crystals
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  • DOI:
    10.1126/science.aaq1479
  • 发表时间:
    2018-05-18
  • 期刊:
    SCIENCE
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Chang, Cheng;Wu, Minghui;Zhao, Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao, Li-Dong
An Update Review on N-Type Layered Oxyselenide Thermoelectric Materials.
N型层状硒化物热电材料的最新进展
  • DOI:
    10.3390/ma14143905
  • 发表时间:
    2021-07-13
  • 期刊:
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zheng J;Wang D;Zhao LD
  • 通讯作者:
    Zhao LD
Attempting to realize n-type BiCuSeO
尝试实现n型BiCuSeO
  • DOI:
    10.1016/j.jssc.2017.11.012
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    Journal of Solid State Chemistry
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhang Xiaoxuan;Feng Dan;He Jiaqing;Zhao Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao Li-Dong

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    王秋菊

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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