在全球能源危机以及碳达峰碳中和的战略大背景下，寻找清洁且可持续的能源尤为重要。近年来，我国中长期发展规划已将节能减排和能源高效利用放在突出地位。我国工业余热资源丰富，利用率提升空间大，节能减排潜力巨大。热电技术的广泛应用可以优化我国能源结构，保障国家能源安全。热电发电技术对于分散性废热的回收再利用具有不可替代的优势，特别适合于中低温余热的回收利用。面向中低温发电的高效热电材料与器件是深空探测放射性同位素电池及军事用RTG、汽车尾气所携带的废热及环境能量高效回收并合理利用的关键技术。热电材料能够实现热能和电能之间的直接转换，在热电发电、热电制冷等领域具有广阔的应用前景。

       PbTe作为传统的中温区(500-900 K)热电材料，具有优异的热电性能、良好的机械性能和高温稳定性。性能相匹配的p型和n型PbTe热电材料是实现大规模商业化应用的关键。目前，p型PbTe材料热电性能较高，但n型PbTe材料的热电性能仍相对较低。基于此，昂然课题组率先通过实验和理论计算证实了Cr和Nb掺杂在n型PbTe中的共振能级效应：创新性提出动态掺杂可有效补偿高温共振能级弱化效应，成功揭示了载流子浓度与共振能级强弱的构效关系；并利用同步辐射X射线吸收精细结构XAFS测试，结合高分辨透射电镜TEM表征以及Debye-Callaway模型，系统分析了点缺陷、纳米沉积相、微尺度二次相和晶界对不同频率声子的散射作用。昂然课题组提出的“共振能级+动态掺杂+全尺度声子散射”策略，对于大幅度提升材料的平均热电性能具有重要的研究价值和现实意义。研究表明，Cr和Nb掺杂的n型PbTe材料在323-823 K范围内的平均zT均超过~1.0以上，优于大部分n型PbTe热电材料。在此基础上，昂然课题组利用Ag₂Te纳米相的能量过滤效应以及与n型PbTe基体间诱发晶格失配极小的相干界面，即Ag₂Te纳米沉积相与基体易形成共格界面和势垒，以诱导与能量相关的载流子散射，并维持较高的载流子迁移率，因此在宽温域范围内获得载流子输运的最优化，在773 K时将峰值zT提升至~1.50，在中温区达到国内外先进水平。另外，在p型PbTe中基于(Bi,Sb)₂Te₃合金化效应，通过扩展带隙抑制高温双极扩散以及多尺度缺陷，在近室温425 K时将zT提升至~1.25，尤其在350-500 K范围内成功将平均zT提升至~1.21，在近室温区达到国内外领先水平。相关工作陆续发表在Hangtian Liu, Ran Ang* et al., Nano Energy 91, 106706 (2022) (IF=17.881)；Chemical Engineering Journal 428, 132601 (2022) (IF=13.273)；Materials Today Physics 24, 100677 (2022) (IF=9.298)；Qing Shi, Ran Ang* et al., Materials Today Physics 22, 100610 (2022) (IF=9.298)。

       昂然课题组博士生刘航天和硕士生石青分别为上述论文的第一作者，昂然研究员为上述论文的通讯作者，四川大学原子核科学技术研究所是上述论文的第一单位。以上工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等基金项目的大力支持。上述工作不仅对于研发宽温域高效热电材料与器件意义重大，而且对于发挥热电技术在材料物理、化学工程、纳米能源、核技术及应用等多学科交叉具有重要参考价值。