研究人员在铜基超离子导体中引入间隙镍（Ni）掺杂策略，以调节Cu1.97Se的化学键特性并抑制类液态Cu亚晶格的高度无序运动。Ni掺杂诱导强Ni 3d–Cu 3d/Se 4p轨道杂化，导致价带顶平坦化并伴随Cu–Se键弱化。此外，间隙Ni原子充当离子迁移势垒，有效限制Cu离子的无序迁移，从而降低载流子散射，在缺陷引入的情况下仍保持较高的载流子迁移率。同时，晶格软化及点缺陷的形成显著降低了晶格热导率。最终，Cu1.97Se的热电性能显著提升。该工作表明，间隙掺杂是一种通过化学键本征调控与超离子亚晶格动态行为优化传输性能的有效途径。
热电（Thermoelectric, TE）材料因可直接将热能转化为电能，被视作下一代清洁能源技术的重要候选。铜硒化物（Cu2Se）因其资源丰富、成本低、环境友好，且具有“声子液体-电子晶体”特性，成为近年热电研究的热点。然而，高温下Se挥发导致化学计量失衡、Cu+离子迁移引起电极界面金属Cu沉积、相变体积变化造成机械稳定性下降等问题，限制了其实际应用。为此，研究人员选择具有本征Cu空位的Cu1.97Se作为基体，通过高温熔融结合放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS）制备了Cu1.97NixSe（x = 0.005、0.0075、0.01、0.0125）块体材料，并结合实验表征与密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）计算揭示Ni掺杂机制。
关键实验技术包括：采用X射线衍射（XRD）与扫描电子显微镜（SEM）表征相结构与微观形貌；利用电子探针显微分析（EPMA）确定元素分布；通过第一性原理计算解析掺杂引起的电子结构与晶格动力学变化；测试热电性能参数并计算无量纲优值（Figure of Merit, ZT）。
结果与讨论
XRD结果显示所有样品均匹配正交Cu2Se相（PDF#27-1131），未检测到二次相，表明微量Ni主要以缺陷形式存在于晶格中。DFT计算表明，Ni掺杂引发Ni 3d–Cu 3d/Se 4p轨道杂化，使价带顶平坦化并削弱Cu–Se键，进而调节载流子浓度与迁移率。同时，间隙Ni原子阻碍Cu+离子无序迁移，减少载流子散射，维持较高电导率。晶格软化和点缺陷增强声子散射，显著降低晶格热导率。综合作用下，Cu1.97Ni0.0075Se在873 K获得ZT值1.31。
结论
本研究通过空位调控与间隙Ni掺杂协同优化Cu2Se热电性能。初始Cu空位提供适宜的空穴浓度，Ni掺杂进一步精细调节载流子输运与晶格动力学，在保持较高电学性能的同时显著降低热导率。该方法为超离子导体的化学键与动态行为调控提供了新思路，有助于推动高性能热电材料的开发与应用。
（注：论文发表于《Journal of the American Academy of Child》）
