Pressure induced excellent thermoelectric behavior in skutterudites CoSb3 and IrSb3‡

文献情報

出版日 2018-11-21
DOI 10.1039/C8CP04301A
インパクトファクター 3.676
著者

Xiuxian Yang, Zhenhong Dai, Yinchang Zhao, Wenchao Niu, Jianye Liu


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要旨

Utilizing the first-principle calculations combined with Boltzmann transport equation (BTE) and semiclassical analysis, we have systematically investigated the electronic structure, lattice thermal conductivity κL, Seebeck coefficient S, and the dimensionless figure of merit zT as a function of hydrostatic pressure P in crystalline skutterudites CoSb3 and IrSb3. Interestingly, as the pressure increases, the band gap and κL show an approximate parabolic trend, which results in extraordinarily high S and excellent thermoelectric properties, and zT even exceeds 1.4(1.09) in IrSb3(CoSb3) at 54(58) GPa. This anomalous behavior arises from the electron distribution and intrinsic scattering processes. Further analyses indicate that (i) nonbonding electron pairs of Sb atoms are gradually transferred to the region between Co(Ir) and Sb atoms as the pressure increases, which leads to the formation of a partial metallic bond and thus the band gap first expands and then shrinks; (ii) the change of the strength of the anharmonic phonon scattering process results in the variation of κL. As a result, these behaviors cause excellent thermoelectric properties. Our results provide insight into the thermal transport properties of skutterudites, meanwhile, forecast potential high pressure applications for thermoelectric materials.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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