近期，我院王耀辉团队和香港大学Nicholas X. Fang团队在n型离子热电的热扩散-热氧化还原耦合体系机制研究中取得重要进展，相关成果以“Modulating thermo-diffusion/galvanic coupling via ion speciation engineering enables high-performance ionic thermoelectric cells”为题发表在Nat. Commun., 2026, 17: 2209。
离子热电领域长期面临一个关键瓶颈：扩散机制的离子热电材料通常能够提供较高热电压，但输出多为瞬态；而依赖热电化学反应的体系虽可实现持续输出，但热电压往往较低。特别是在构筑高性能n型离子热电体系方面，同时兼顾高电压与持续功率输出始终是一个难题。
针对这一挑战，研究团队以二元PVA-CuCl2凝胶为模型体系，基于壳层隔绝增强拉曼光谱方法，建立了原位定量表征离子热扩散/热氧化还原反应耦合过程的新方法，发现并揭示了一个过去在相关研究中被忽视的重要机制：揭示了Cl−稳定Cu2+/Cu+的热氧化还原反应过程，同时阐明了[Cu-Cl]离子配位物种演化对热扩散性能的调控规律。研究表明，Cl-在该体系中同时扮演两种角色：一方面，作为热扩散载流子参与Soret效应，贡献负热电势；另一方面，又作为配位配体稳定Cu基氧化还原对，参与热电化学反应。两种机制并非简单叠加，而是通过对Cl-的竞争形成“热扩散/热电化学耦合”关系，从而可借助CuCl2浓度调节实现性能优化。基于此，该器件实现了−30.6 mV K−1高热电势和0.60 mW m−2 K−2高输出功率密度，达到n型离子热体系中的先进水平。与此同时，器件还展现出可逆、稳定、可持续的热-电转换行为，突破了传统离子热电系统中“高电压难持续、持续输出难高压”的性能权衡。在模块化应用验证中，研究团队将该器件组装成16单元串联离子热电模块。在仅15 K的低温差驱动下，模块即可输出3.5 V的热电压和22 µW的输出功率，展示出良好的系统集成潜力。此外，所构建的离子热电模块能够在无额外升压电路辅助的情况下驱动温湿度计等低功耗商业电子设备。该成果不仅构建了一种高性能、结构简单的n型离子热电体系，更重要的是提出了“通过配位化学调控离子物种分布，实现热扩散效应与热电化学效应耦合优化”的新设计原则。该思路有望推广到更多离子导体、凝胶电解质及柔性能量器件中，为下一代低品位热能高效回收和柔性自供能系统的发展开辟新路径。
该研究工作在王耀辉教授和Nicholas X. Fang教授的指导下完成，香港大学博士后李禹辰和能源学院博士生仇英儒为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金(22472141、22322206、22525042及T2293692)、香港杰出青年学者NSFC计划（T2425012）、深圳杰出青年学者创新计划（RCJC20210706091949018）、福建省产业高校联合创新项目（2025H6023）及广东省重点实验室计划（项目编号2021B1212040001）、澳大利亚研究基金（DP210103888）以及表界面化学全国重点实验室的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68721-9
