[Article] Approche pseudo-binaire pour la découverte et la conception de sulfures de cuivre
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La découverte d’un nouveau sulfure de cuivre, Cu30Ti6Sb2S32 (x = 0.75), dans le système pseudo-binaire (Cu3SbS4)1-x(Cu4TiS4)x ouvre la voie à la conception de nouveaux matériaux sulfures pour la conversion de l’énergie.
Résumé
Les sulfures de cuivre semi-conducteurs présentant une structure dérivée de la sphalérite peuvent apporter des solutions environnementales viables et à bas coût pour la conversion de l’énergie par effet thermoélectrique ou photovoltaïque. Dans cette étude, nous rapportons la synthèse et la caractérisation d’un sulfure de cuivre, Cu30Ti6Sb2S32, découvert au sein du système pseudo-binaire Cu3SbS4-Cu4TiS4. Ce nouveau composé cristallise dans une structure originale où les atomes de Ti en position « interstitielle » forment des complexes tétraédrique-octaédrique [TiS4]Cu6 arrangées en chaînes au sein de la structure hôte. Cet arrangement linéaire (1D) des complexes [TiS4]Cu6 dans le composé Cu30Ti6Sb2S32 se distingue de ceux rencontrés dans les composés Cu26Ti2Sb6S32 (complexes isolés, 0D) et Cu4TiS4 (complexes en couche, 2D) et explique la nature de ses propriétés semi-conductrices et sa faible conductivité thermique. L’étude de la structure électronique et des propriétés vibrationnelles est également rapportée en combinant des données expérimentales et des calculs théoriques. Nous démontrons que l’approche pseudo-binaire utilisée dans cette étude avec le système (Cu3SbS4)1-x(Cu4TiS4)x peut favoriser la découverte et la conception de nouveaux matériaux sulfures pour la conversion de l’énergie.
Auteurs
Takashi Hagiwara, Koichiro Suekuni, Pierric Lemoine, Carmelo Prestipino, Erik Elkaim, Andrew R. Supka, Rabih Al Rahal Al Orabi, Marco Fornari, Emmanuel Guilmeau, Bernard Raveau, Hikaru Saito, Philipp Sauerschnig, Michihiro Ohta, Yui Kanemori, Michitaka Ohtaki
Référence de l’article
Chemistry of Materials 2023, 35, 7554-7563
DOI