journal article·2023-01

When IV−VI Meets I−V−VI2: A Reinvigorating Thermoelectric Strategy for Tin Monochalcogenides

Xin Shi, Zhifeng Ren

ChemNanoMat· Volume 9· Issue 1
Publisher page

Abstract

Abstract Resembling the widely studied PbTe−AgSbTe2 (LAST) and GeTe−AgSbTe2 (TAGS) thermoelectric materials, alloying group I−V−VI2 compounds to tin monochalcogenides (SnTe, SnSe, and SnS) was also initially studied in the 1960s. Nevertheless, this thermoelectric strategy has regained popularity only in recent years, and boosted performance is now generally expected in these alloys. Given its encouraging revival and the absence of a corresponding research summary, here we carefully review current advances in this system, which is categorized into three major subgroups, that is, I−Sb−VI2‐alloyed SnTe, I−Bi−VI2‐alloyed SnTe, and I−Sb−VI2‐alloyed SnSe. Emphasis is placed on exploring the underlying mechanisms of this system in addition to its thermoelectric properties. Some future directions of this reinvigorating strategy are also proposed in the hope that they can serve as a guide for its further exploration.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced Thermoelectric Materials and Devices · Chalcogenide Semiconductor Thin Films · Perovskite Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Physics and Texas Center for Superconductivity at the University of Houston (TcSUH) University of Houston Houston Texas 77204 (USA)

References (92)

Show source-provided references
1. Harman T. C. · J. Phys. Chem. Solids · 1957 · 2 · 18110.1016/0022-3697(57)90081-1 ↗
2. Zhu B. · Small · 2021 · 17 · 210132810.1002/smll.202101328 ↗
3. Liu Y. · Scr. Mater. · 2016 · 111 · 3910.1016/j.scriptamat.2015.06.031 ↗
4. Gascoin F. · Adv. Funct. Mater. · 2005 · 15 · 186010.1002/adfm.200500043 ↗
5. Tamaki H. · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 1018210.1002/adma.201603955 ↗
6. Zhang J. · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 1390110.1038/ncomms13901 ↗
7. Brown S. R. · Chem. Mater. · 2006 · 18 · 187310.1021/cm060261t ↗
8. Zevalkink A. · Chem. Mater. · 2014 · 26 · 571010.1021/cm502588r ↗
9. Pei Y. · Energy Environ. Sci. · 2011 · 4 · 208510.1039/c0ee00456a ↗
10. Perumal S. · Joule · 2019 · 3 · 256510.1016/j.joule.2019.08.017 ↗
11. Wang H. · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 80410.1039/C3EE43438A ↗
12. Wang H. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 136610.1002/adma.201004200 ↗
13. Zhou C. · Nat. Mater. · 2021 · 20 · 137810.1038/s41563-021-01064-6 ↗
14. Chang C. · Science · 2018 · 360 · 77810.1126/science.aaq1479 ↗
15. Zhao L.-D. · Nature · 2014 · 508 · 37310.1038/nature13184 ↗
16. Tan G. · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 700610.1021/ja500860m ↗
17. Fu C. · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 814410.1038/ncomms9144 ↗
18. Hu C. · Mater. Today Phys. · 2018 · 7 · 6910.1016/j.mtphys.2018.11.002 ↗
19. Zhu H. · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 249710.1038/s41467-018-04958-3 ↗
20. Wang X. W. · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 93 · 19312110.1063/1.3027060 ↗
21. Joshi G. · Nano Lett. · 2008 · 8 · 467010.1021/nl8026795 ↗
22. Yu B. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 207710.1021/nl3003045 ↗
23. Ren W. · Mater. Today Phys. · 2022 · 25 · 10070410.1016/j.mtphys.2022.100704 ↗
24. Shi X. · Adv. Electron. Mater.
25. Zhang Q. · Nano Energy · 2022 · 94 · 10694010.1016/j.nanoen.2022.106940 ↗
26. Liu W. · Phys. Rev. Lett. · 2012 · 108 · 16660110.1103/PhysRevLett.108.166601 ↗
27. Testardi L. R. · J. Phys. Chem. Solids · 1962 · 23 · 120910.1016/0022-3697(62)90168-3 ↗
28. Irie T. · Jpn. J. Appl. Phys. · 1963 · 2 · 7210.1143/JJAP.2.72 ↗
29. Rosi F. D. · Electr. Eng. · 1960 · 79 · 45010.1109/EE.1960.6432651 ↗
30. Hsu K. F. · Science · 2004 · 303 · 81810.1126/science.1092963 ↗
31. Yang S. H. · Nanotechnology · 2008 · 19 · 24570710.1088/0957-4484/19/24/245707 ↗
32. Slade T. J. · J. Am. Chem. Soc. · 2018 · 140 · 702110.1021/jacs.8b04193 ↗
33. Yin L.-C. · Adv. Energy Mater. · 2021 · 11 · 210291310.1002/aenm.202102913 ↗
34. Slade T. J. · Adv. Energy Mater. · 2019 · 9 · 190137710.1002/aenm.201901377 ↗
35. Huang Z. · Angew. Chem. Int. Ed. · 2017 · 56 · 1411310.1002/anie.201708134 ↗
36. Angew. Chem. · 2017 · 129 · 1430110.1002/ange.201708134 ↗
37. Chen Y. · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 5810.1002/aenm.201100460 ↗
38. Han M.-K. · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 15710.1002/aenm.201100613 ↗
39. Moshwan R. · Adv. Funct. Mater. · 2017 · 27 · 170327810.1002/adfm.201703278 ↗
40. Madelung O. · 199810.1007/b71138 ↗
41. Li J. · NPG Asia Mater. · 2017 · 9 · e35310.1038/am.2017.8 ↗
42. Hong J. · Mater. Today Phys. · 2019 · 10 · 10009310.1016/j.mtphys.2019.100093 ↗
43. Xie L. · Mater. Horiz. · 2021 · 8 · 184710.1039/D1MH00091H ↗
44. Erdemir A. · Tribol. Trans. · 1994 · 37 · 47110.1080/10402009408983319 ↗
45. Morozova N. V. · Adv. Sci. · 2022 · 9 · 210372010.1002/advs.202103720 ↗
46. Rundle J. · J. Phys. Chem. C · 2022 · 126 · 1403610.1021/acs.jpcc.2c02401 ↗
47. Lanigan-Atkins T. · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 443010.1038/s41467-020-18121-4 ↗
48. Chattopadhyay T. · Rev. Phys. Appl. · 1984 · 19 · 80710.1051/rphysap:01984001909080700 ↗
49. Schnering H. G. · Z. Kristallogr. · 1981 · 156 · 143
50. Chattopadhyay T. · J. Phys. Chem. Solids · 1986 · 47 · 87910.1016/0022-3697(86)90059-4 ↗
51. Xin C. · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 2266310.1021/acs.jpcc.6b06673 ↗
52. Tan G. · ACS Energy Lett. · 2018 · 3 · 70510.1021/acsenergylett.8b00137 ↗
53. Slade T. J. · J. Am. Chem. Soc. · 2020 · 142 · 1252410.1021/jacs.0c05650 ↗
54. He W. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2021 · 13 · 5277510.1021/acsami.1c15614 ↗
55. Guo F. · Acta Mater. · 2022 · 231 · 11792210.1016/j.actamat.2022.117922 ↗
56. Mashadieva L. F. · Russ. J. Phys. Chem. A · 2017 · 91 · 164210.1134/S0036024417090187 ↗
57. Mashadieva L. F. · J. Phase Equilib. Diffus. · 2017 · 38 · 60310.1007/s11669-017-0583-2 ↗
58. Zhou M. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 452710.1021/ja7110652 ↗
59. Ke X. · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 103 · 14550210.1103/PhysRevLett.103.145502 ↗
60. Dow H. S. · J. Mater. Chem. C · 2019 · 7 · 378710.1039/C8TC06491A ↗
61. He M. · Appl. Phys. Lett. · 2018 · 112 · 06390210.1063/1.5018477 ↗
62. Chen Z. · Appl. Phys. Lett. · 2019 · 115 · 07390310.1063/1.5109465 ↗
63. Hu L. · Adv. Energy Mater. · 2018 · 8 · 180211610.1002/aenm.201802116 ↗
64. Hong T. · Mater. Today Phys. · 2021 · 21 · 10050510.1016/j.mtphys.2021.100505 ↗
65. He J. · J. Materiomics · 2016 · 2 · 16510.1016/j.jmat.2016.05.001 ↗
66. Tan G. · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 2084910.1039/C4TA05530F ↗
67. Guo Z. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2022 · 14 · 2903210.1021/acsami.2c07548 ↗
68. Zhang M. · Appl. Phys. Lett. · 2020 · 116 · 17390210.1063/1.5144697 ↗
69. Pan L. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 491410.1021/ja312474n ↗
70. Guin S. N. · J. Mater. Chem. A · 2015 · 3 · 64810.1039/C4TA04912H ↗
71. Zhang Q. · Chem. Eng. J. · 2020 · 390 · 12458510.1016/j.cej.2020.124585 ↗
72. Božin E. S. · Science · 2010 · 330 · 166010.1126/science.1192759 ↗
73. Knox K. R. · Phys. Rev. B · 2014 · 89 · 01410210.1103/PhysRevB.89.014102 ↗
74. Fabini D. H. · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 1182010.1021/jacs.6b06287 ↗
75. Dutta M. · J. Am. Chem. Soc. · 2021 · 143 · 1683910.1021/jacs.1c08931 ↗
76. Xie H. · Adv. Mater. · 2022 · 34 · 220225510.1002/adma.202202255 ↗
77. Yu R. · Phys. Rev. B · 2018 · 98 · 14410810.1103/PhysRevB.98.144108 ↗
78. Neilson J. R. · Z. Anorg. Allg. Chem. · 2022 · 15 · e20220004210.1002/zaac.202200042 ↗
79. Jensen K. M. Ø. · Phys. Rev. B · 2012 · 86 · 08531310.1103/PhysRevB.86.085313 ↗
80. Dutta M. · Chem. Commun. · 2021 · 57 · 475110.1039/D1CC00830G ↗
81. Mukhuti K. · Appl. Phys. Lett. · 2021 · 118 · 16211110.1063/5.0040056 ↗
82. Kooi B. J. · Adv. Mater. · 2020 · 32 · 190830210.1002/adma.201908302 ↗
83. Jana M. K. · ACS Energy Lett. · 2018 · 3 · 131510.1021/acsenergylett.8b00435 ↗
84. Walsh A. · J. Solid State Chem. · 2005 · 178 · 142210.1016/j.jssc.2005.01.030 ↗
85. Skoug E. J. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 107 · 23590110.1103/PhysRevLett.107.235901 ↗
86. Xiao Y. · Phys. Rev. B · 2016 · 94 · 12520310.1103/PhysRevB.94.125203 ↗
87. Chu F. · J. Alloys Compd. · 2018 · 741 · 75610.1016/j.jallcom.2018.01.178 ↗
88. Li J. · J. Mater. Sci. Mater. Electron. · 2019 · 30 · 850210.1007/s10854-019-01170-x ↗
89. Luo Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2020 · 142 · 1518710.1021/jacs.0c07803 ↗
90. Wang H. · Mater. Today Phys. · 2021 · 16 · 10029810.1016/j.mtphys.2020.100298 ↗
91. Wang Y. · Acta Mater. · 2022 · 227 · 11768110.1016/j.actamat.2022.117681 ↗
92. Wojciechowski K. · J. Phys. Chem. Solids · 2008 · 69 · 274810.1016/j.jpcs.2008.06.148 ↗