近日，晶体材料全国重点实验室夏盛清教授团队在高温热电材料研究方面取得新进展，提出间隙铜双位点掺杂全新策略，同步调控电子输运与晶格热传导，大幅提升碲化镧基热电材料的高温热电性能，为深空探测放射性同位素温差发电器(RTG)高性能材料研发开辟新途径。该成果以“Interstitial Copper Doping and Thermally Activated Rattling in La3-xTe4for Enhanced Thermoelectric Performance”为题在国际期刊Angewandte Chemie International Edition(IF=17.6)发表。文章第一作者为晶体材料全国重点实验室2025级博士研究生乔枫，山东大学教授夏盛清、山东交通学院副教授刘小村为共同通讯作者，山东大学为第一作者和第一通讯单位。
放射性同位素温差发电器是深空探测、极地供电的核心能源装置，目前Si-Ge热电合金转换效率偏低，限制深空任务续航。La3-xTe4因高温稳定、本征热电性能优异成为热门替代材料，但传统阴阳离子取代掺杂存在电学、热学性能制衡瓶颈，难以同步优化载流子输运与晶格热导率，性能提升存在明显上限。
针对该难题，团队设计系列La2.74CuxTe4间隙掺杂样品，该材料采用高能球磨结合放电等离子烧结制备，工艺易规模化，高温循环服役稳定性优异，并结合第一性原理计算、原子分辨STEM表征与变温热电测试开展系统研究。
研究证实铜可稳定占据镧空位与晶格四面体间隙双位点，区别于传统取代掺杂；间隙铜在费米能级附近引入局域共振电子态，显著提升塞贝克系数，同时小幅收窄带隙抑制高温双极扩散，维持高功率因子；高温下间隙铜产生20-60 cm-1低频热激活Rattling振动，高效散射全频段声子，大幅压低晶格热导率。性能测试显示，最优组分La2.74Cu0.05Te4在1073 K实现峰值zT=1.58，较纯相提升34%；873-1073 K高温区间平均zT达1.5，相较现有最优碲化镧基材料性能提升71.3%，刷新该体系高温热电性能纪录。
夏盛清教授团队在热电材料设计与器件领域已取得多项研究成果，先后在J. Am. Chem. Soc.，Angew.Chem. Int. Ed.，J. Mater. Chem. A.,Acta Mater.,ACS Appl. Mater. Interfaces.,Small Methods等国际期刊发表重要成果。相关研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目及山东大学和晶体材料全国重点实验室的大力支持。
