The thermoelectric properties of α-XP (X = Sb and Bi) monolayers from first-principles calculations

文献情報

出版日 2021-11-01
DOI 10.1039/D1CP04144D
インパクトファクター 3.676
著者

Xin Liu, Dingbo Zhang, Yuanzheng Chen, Hui Wang, Hongyan Wang, Yuxiang Ni


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要旨

Thermoelectric (TE) materials as one of the effective solutions to the energy crisis are gaining more and more interest owing to their capability to generate electricity from waste heat without generating air pollution. In this work, the TE properties of α-XP monolayers such as the stability, electronic structure, electrical and phonon transport were thoroughly studied in combination with the first-principles calculations and Boltzmann transport equations. We found that α-SbP and α-BiP have indirect bandgaps of 0.85 eV and 0.73 eV, respectively, which are suitable for thermoelectric materials. Furthermore, due to the multiple valleys at the energy band edges and the high carrier mobility, α-XP possesses both large Seebeck coefficients and high electrical conductivities. It is also found that the lattice thermal conductivity of α-BiP is smaller than that of α-SbP due to lower phonon frequencies, smaller phonon group velocities, larger Grüneisen parameters and higher phonon relaxation times. High TE performance was achieved with the ZT values reaching 4.59 (for α-BiP at 500 K) and 1.34 (for α-SbP at 700 K). Our results quantify α-XP monolayers as promising candidates for building outstanding thermoelectric devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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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