失配层状Ca3Co4O9基热电材料的局域结构与输运性能研究

能源相关的热电材料研究对解决能源危机和应对环境污染具有重要的科学意义和应用价值。新型失配层状钴氧化物热电材料Ca3Co4O9体系具有较高的热电性能，然而，复杂的晶格结构、电子关联行为和自旋态混合却构成了优化Ca3Co4O9体系热电性能的瓶颈。因此，研究钴氧化物的原子、电子、自旋结构，揭示局域结构扭曲，电子关联行为，自旋相互作用对热电性能的影响，是解决该瓶颈问题的关键。目前国内外研究尚缺乏确凿的实验证据和理论依据。本项目结合X射线吸收谱学及第一性原理输运性质计算方法，瞄准Ca3Co4O9氧化物及其掺杂体系局域原子结构、电子结构、自旋结构、多位点掺杂选择性等若干核心问题，旨在系统阐明调控失配层状Ca3Co4O9体系热电性能的物理机理。本项目不仅为解决Ca3Co4O9体系的瓶颈问题提供实验依据和理论基础，也可为研究同类热电材料提供一套全新的方案，具有重要的学术意义。

在项目资助下，我们对Ca3Co4O9等一系列热电氧化物材料的局域结构、电荷动力学特征、电子结构及其输运性能开展深入研究，阐明了Ca3Co4O9 体系中掺杂诱导电、声子输运性能变化的机理。在Ca3Co4O9基复合物中，发现并提出了具有分级介观尺度结构影响热电性能的物理机制。我们成功建立并完善了X射线吸收谱学和第一性原理计算相结合的工具，不仅为热电材料也为其他功能材料研究提供全新且实用的研究手段。