目前，Cu2−xS已经成为最有前途的中高温热电材料之一。其具有包括储量丰富、成本低、安全，以及在相对较高的温度下具有高性能等优点。然而，Cu2−xS严重的稳定性问题制约了其工作电流和温度，因此在在中温范围内对材料性能进行优化至关重要。
近日，西班牙加泰罗尼亚能源研究所Andreu Cabot教授，江苏大学Junfeng Liu，奥地利科技学院Yu Liu提出了一种以水为溶剂，在常温常压下大规模生产铜蓝CuS纳米颗粒的合成策略。随后，在惰性或还原性气氛下，通过中等温度的退火过程来调整颗粒的晶相和化学计量比。
文章要点
1）研究发现，在氩气气氛下退火可以得到具有菱形晶相的Cu1.8S纳米粉，而在含氢气气氛中退火可以得到四方相Cu1.96S。高温X射线衍射分析表明，在氩气中退火的材料在400 K左右转变为立方相，而在氢气存在下退火的材料经历了两个相变，首先是六方相，然后是立方结构。通过退火气氛、温度和时间可以调节Cu空位的密度，从而调节载流子浓度和材料传输性能。
2）实验结果显示，在氩气氛下退火的材料比在氢气存在下退火的材料具有更高的电导率和更低的Seebeck系数。通过优化退火时间对载流子浓度进行了优化，获得了Cu2−xS的中温区品质因数记录，在710 K时最高可达1 41 K。
3）这种基于低成本和可扩展的溶液合成过程的策略同样适用于使用高产量和低成本的打印技术来生产高性能的Cu2−xS层。
参考文献
Mengyao Li, et al, Effect of the Annealing Atmosphere on Crystal Phase and Thermoelectric Properties of Copper Sulfide, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.0c09866
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09866
