面向可再生能源应用的高性能三元碱金属氮化物
材料科学
2019-10-25 v2
摘要
化石燃料能源的快速衰退使得对可再生能源的迫切需求应运而生。在此，我们考虑到可再生能源应用，报道了一类此前未被探索的氮化物 AMN。利用基于第一性原理模拟的详细结构与稳定性分析，我们发现了十二种此类化合物（其中少数此前已被合成），它们在化学、力学和动力学上均稳定。随后我们评估了这十二种化合物在三种可再生能源应用中的适用性：（i）光伏，（ii）水解，以及（iii）热电。对电子结构的细致分析揭示了高光学跃迁强度，导致吸收急剧上升。这进而为少数化合物（即 CsVN 和 RbVN）带来了高短路电流，从而具备优异的太阳能效率。除优异的吸收品质外，部分化合物相较于水氧化还原能级具有有利的带边位置，因而有望作为光（电）化学水解器件中的光电极。能带结构中平坦与色散能带的混合带来了高塞贝克系数与高电导率，从而七种化合物具有优异的功率因子。模拟的晶格热导率显示出从中等到极低的值，因此即便在较低温度下也有可能实现高热电优值（ZT）。从实验角度，我们讨论了在将这些化合物用于目标应用时可能出现的挑战，并提出了可能的克服途径。我们相信此类对前景材料的理论预测对新材料发现极为有用，并期待实验界的快速响应。
引用
@article{arxiv.1905.13069,
title = {High Performance Ternary Alkali Nitrides for Renewable Energy Applications},
author = {Jiban Kangsabanik and Aftab Alam},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.13069},
year = {2019}
}