隨著社會的發展與進步，日益突出的能源供需矛盾不斷將尋找清潔、高效、經濟的新型能源材料推向研究前沿。熱電材料是一類能利用熱電效應，直接將熱能（包括太陽能、地熱、工業余熱等能量）轉換成電能的材料，由于熱電轉換技術便捷、環保等優勢，在車載冰箱、深空探測器電源等領域具有不可替代的地位，受到科學家們的高度重視。而探索發現低成本、高豐度、低毒性的高效熱電材料，是該領域基礎研究的重點，是一項面臨巨大挑戰的研究工作。 吳立明2004年發明了獨特且安全的固相合成方法——硼硫化法（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4676-4681.），近期，課題組利用該方法，發現了一種新的四方相α-CsCu5Se3，并實現宏量合成。該材料擁有前所未見的獨特晶體結構：Cs+由類中國結形狀的Cu8Se8結構單元構筑的三維無限擴展結構，其中鑲嵌Cs+金屬陽離子。α-CsCu5Se3熱穩定性好，表現出典型晶態固體的熱傳輸行為，并遵循Umklapp散射機制，這與具有類液態的熱傳導行為的二元化合物Cu2-xSe完全不同。晶體學及熱傳輸性能研究表明α-CsCu5Se3指出了一個有效抑制Cu+液體傳輸行為特征的方法。與吳立明老師2016年發現的高性能熱電材料CsAg5Te3（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11431–11436）相比，α-CsCu5Se3的晶體單胞體積減小了30％，導致材料具有更強的原子間d軌道重疊作用，從而顯著降低有效質量(m*)，這使得α-CsCu5Se3相比于CsAg5Te3實現了功率因子200％的增長，達到8.17 μW/cm/K2，是目前報道的堿金屬富銅硫屬化合物中最高值；同時，理論研究表明，由于結構中的Cu–Se軟化學鍵和Cs+ 離子擾動作用，該材料具有很低的熱導率。綜合上述各方面因素，該化合物的本征熱電優值ZT達到1.03（980 K）。進一步通過Sb摻雜優化熱電性能的研究發現：Sb3+的孤對電子能夠增大材料的晶格非諧性，有效增強Umklapp型散射，從而降低聲子速度，使得α-Cs(Cu0.96Sb0.04)5Se3的晶格熱導率進一步降低至0.40 W/m/K，熱電優值ZTmax提升到1.30。該工作系統深入研究了α-CsCu5Se3體系結構和熱電相關性能的關系，為低成本，高豐度，高性能硫屬化合物材料的設計探索研究邁出重要的一步。