报告主题：第一原理材料数据库及其在热电材料中的应用

报告嘉宾：杨炯（教授，上海大学材料基因组工程研究院）

时 间：2022年11月16日（周三）上午10点

地 点：腾讯会议：656-539-349

报告人简介

杨炯教授，上海市东方学者，现就职于上海大学材料基因组工程研究院，担任集成计算与材料设计中心主任。2004年本科毕业于华东师范大学化学系，2009年博士毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所并留所工作。2012-2015年在美国华盛顿大学开展博士后工作，2015年回国并任现职至今。以第一性原理材料计算为主要手段，在材料基因方法建立与热电材料预测，电声相互作用与电热输运关联，以及热电材料性能优化方面开展工作。在J. Am. Chem. Soc.，Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., Nat. Comm., NPJ. Comput. Mater., Mater. Today Phys., J. Mater. Chem. A等国际期刊发表论文160余篇，目前总引用数7000余次，H因子44（Web of science, 2022.11），曾因热电材料基因方面的工作获2019年国际热电学会青年科学家奖。

报告内容简介

自2011年以来，材料基因相关方法，包括高通量计算、实验，以及机器学习等，已经越来越多地被运用于包括热电材料在内的多种材料体系。一大批新体系、新效应通过材料基因方法正在被不断发现。本报告总结了上海大学近年来在材料基因方法与热电结合方面的工作。我们首先建立了材料信息化平台（mathub3d.net,^[1]mathub2d.net），将课题组通过高通量计算产生的大量数据公开，以便热电领域参考。数据库主要包括体系的结构、投影能带，带边简并度等信息，部分体系包括体模量和电输运计算结果。基于MatHub-3d，已经开展了多种方式的高通量热电材料筛选。一方面通过不断改进电、热输运性质算法精度，可以利用数据库进行直接的性能筛选；此外还可以根据实验需要寻找相应的关键因素，或与性能相关的优势基因片段，来增加材料筛选的效率与精度。结合课题组开发的电热输运高通量算法TransOpt、EPAC等，我们对具有类金刚石结构的硫族、磷族化合物体系进行计算，发现了Cd₂Cu₃In₃Te₈等新型体系^[2]，其实验热电优值超过了1.0。近年来，还对ABO₃钙钛矿材料以及Heusler主动制冷材料进行输运性质的理论计算，提出了一系列新体系。除直接的性质计算外，根据前期工作发现的半导体本征导电类型与带边能级位置的关联，提出寻找低导带底能级位置材料的思路来搜索n型含Cu化合物（Cu基热电化合物大都为p型），并成功地在理论筛选与实验中实现该设想，得到实验ZT值达到0.84的材料CuIn₅Se₈^[3]。另一方面，借鉴于药物开发中的“片段设计”概念，我们提出了“功能基元设计”的思想，将线性三原子键做为一种特定的热电性质功能基元并用于筛选。该基元有着大的晶格非谐性以及强的能带非对称性，两者均有利于提升特定体系的热电优值；所预测的体系K₅CuSb₂具有1.3的热电优值^[4]。这些案例展现了利用材料数据库结合输运计算或关键特征搜索进行热电材料理论筛选设计的一般方法。

参考文献：

[1]M.Yao,Y.Wang, J.Yang, and W.Zhanget al.,Scientific Data,8, (2021) 236

[2]L. Xi, J. Yang, and W. Zhang,et al.,J. Am. Chem. Soc.,140, (2018) 10785

[3]Y. Xiong, Y. Jin, P. Qiu, J. Yang, X. Shi, and L. Chenet al.,J.Am.Chem.Soc.,144, (2022)8030

[4] J. Ji, Q. Tang, J. Yang, and W. Zhanget al.,J.Am.Chem.Soc.,144, (2022) 18552

欢迎有兴趣的师生前来参加！

深圳大学材料学院

2022年11月11日