發(fā)布時(shí)間：2020-07-25 11:28

【摘要】：2004年,石墨烯的誕生拉開了研究二維納米材料的帷幕。此后,以石墨烯為代表的二維納米材料掀起了納米電子學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域的研究熱潮。一方面,這些二維納米材料具有優(yōu)異的電、光、力等物理性質(zhì)。另一方面,他們憑借自身的獨(dú)特幾何構(gòu)型一度成為研究的焦點(diǎn)。其中,二維納米結(jié)構(gòu)比表面積大以及無懸掛鍵的特點(diǎn)對(duì)金屬離子在其表面吸附和擴(kuò)散是非常有利的。本文是在我充分調(diào)研了二維納米材料作為離子電池電極的基礎(chǔ)上,利用第一性原理研究了幾種優(yōu)異的二維納米電極材料:首先,研究了InP_3單層作為L(zhǎng)i/Na離子電池的陽(yáng)極材料。一方面,Li/Na吸附的InP_3體系是金屬性質(zhì),這保證了在充放電過程中的導(dǎo)電性。另一方面,Na離子在InP_3表面上的擴(kuò)散勢(shì)壘低到0.06 eV,說明具有超快的充放電能力。此外,單層InP_3的幾何結(jié)構(gòu)在最大存儲(chǔ)容量情況下(258.1 mA h g~(-1))還能夠保持住幾何構(gòu)型,這一點(diǎn)使它在陽(yáng)極材料領(lǐng)域具有很大的潛力。其次,我們預(yù)測(cè)了另一種二維SnP_3作為Na離子電池的陽(yáng)極材料。通過聲子譜,結(jié)合能,分子動(dòng)力學(xué)的計(jì)算可知,二維納米SnP_3單層是穩(wěn)定的。研究發(fā)現(xiàn),二維SnP_3作為陽(yáng)極材料具有低的擴(kuò)散勢(shì)壘、高的存儲(chǔ)容量、合適的開路電壓。另外,由于層間協(xié)同效應(yīng),導(dǎo)致Na離子在少層SnP_3的擴(kuò)散能力有所下降。最后,研究了二維單層、雙層arsenene和graphene/arsenene異質(zhì)結(jié)作為Mg離子電池的陽(yáng)極材料。單層(雙層)arsenene作為陽(yáng)極材料具有較低的鎂擴(kuò)散勢(shì)壘、較高的理論容量。與單層arsenene作為陽(yáng)極材料相比,graphene/arsenene異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅可以提高M(jìn)g的吸附強(qiáng)度,而且降低了擴(kuò)散勢(shì)壘。尤其是Mg的擴(kuò)散勢(shì)壘低到了0.08 eV,這潛意識(shí)的表明其快速遷移能力。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1;TM912
【圖文】：

二維納米碳電極材料（碳納米管、石墨稀、介孔碳）[16-19]等已經(jīng)被研究用作到目前為止，世界上的鋰元素資源已經(jīng)被逐漸的開采和利用，這無疑迫使科技子電池。近年來，NIBs 和 MIBs 也一度成為的研究的焦點(diǎn)。維單層材料憑借自身幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)（比表面積大，嵌入位點(diǎn)多，擴(kuò)散路徑短少，質(zhì)量相對(duì)小等等）備受關(guān)注。尤其在近幾年，大規(guī)模電力存儲(chǔ)設(shè)備需求日益快科研工作者對(duì)二維納米材料的研究。二維金屬氧化物材料，過渡金屬氧化物料，碳材料[17,19]等等許多二維單層材料已經(jīng)被用于離子電池（圖 1.1）。尤其是與活性金屬或金屬氧化物納米粒子形成的復(fù)合材料也被研究作為離子電池電極之，可充電離子電池的研究將始終圍繞著怎樣提高電池容量、怎樣改善電極循環(huán)全使用、怎樣降低成本，怎樣方便使用為中心進(jìn)行的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷將應(yīng)用到生活、工作、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，這勢(shì)必會(huì)加大對(duì)高性能儲(chǔ)能設(shè)備需求促使我們盡快的研究新型的高效離子電池。我們也應(yīng)該堅(jiān)信離子電池在未來的天、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)⒋蠓女惒�，取得不錯(cuò)的成績(jī)。

圖 3.2 InP3單層上面的吸附位點(diǎn)圖附在 1、2、4、5 和 7 位置的的鋰/鈉原子，當(dāng)在 6 或 9 位上吸附鋰/鈉原子進(jìn)行幾何障礙的移動(dòng)到相鄰的 3 位置。為了評(píng)估鋰/面公式(3.4)計(jì)算它們的吸附能 Eads:3 M 3ads InP MInPE= E + E -E其體相晶體結(jié)構(gòu)中的能量，3InPE 和3MInPE 分能量。通過這個(gè)公式可以看出，計(jì)算的吸附熱的。計(jì)算結(jié)果表明：鋰和鈉在 8 位置的位置上的吸附能最高為 0.89 eV(1.86 eV)。與)相比，InP3單層具有更快的吸附過程，且

3.3 堿金屬與 InP3表面最高平面垂直距離的總能的變對(duì)比，可以分析堿金屬原子與基底的相互作用竭區(qū)和積累區(qū)。如圖 3.4 所示，電子耗盡區(qū)主要極其有利的。因此，鋰（鈉）原子在 3 和 8 位置所以在 Li(Na)原子上方均出現(xiàn)了一個(gè)明顯的黃色 Li(Na)轉(zhuǎn)移到基底 InP3單層。值得思考的是在P3廣泛。隨著原子半徑的增加（Na>Li），電子與 轉(zhuǎn)移更多的電子到基底 InP3單層。因此，我們進(jìn)Li 和 Na 原子分別向基底 InP3單層轉(zhuǎn)移了 0.22InP3單層上的。(b)(c)

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本文編號(hào)：2769768