基于第一性原理计算Mo_(2)NS_(2)对多硫化锂的吸附性能

高效的储能技术一直都是限制新能源汽车发展的关键因素,而具有超高理论比能量密度(2 500 W·h/kg)的锂硫电池被认为是最有希望的下一代可充电电池。然而,锂硫电池的实际应用受到硫导电性差和多硫化锂的穿梭效应等的限制。为了解决这些问题,提出以硫功能化的过渡金属氮化物材料来提高锂硫电池的电化学性能。对载体二硫氮化钼和吸附物多硫化锂进行建模,并计算载体的态密度;通过计算系统总能量找到了最佳吸附构型,并研究了吸附多硫化锂后复合材料的电荷差分密度和态密度;计算了多硫化锂在吸附载体界面的吉布斯自由能。研究结果表明,二硫氮化钼对多硫化物有较好的吸附强度,在放电过程中表现出较低的吉布斯自由能势垒(0.84 eV),加快了放电反应速率,缩短了电极反应中的多硫化锂的存在时间,从而有利于抑制多硫化锂的溶解和穿梭效应。本研究为过渡金属氮化物以及其他二维材料作为高性能硫阴极材料的设计提供了参考。

基于第一性原理的二维材料黑磷砷气体传感器的机理研究

通过密度泛函理论计算,研究了气体小分子吸附在单层黑磷砷表面的电学和磁学特性.选择4个初始吸附点位来探索CO,CO_(2),NH3,SO_(2),NO和NO_(2)气体分子最优的吸附位置,计算了吸附能、吸附距离和电荷转移等电子结构参数,确定了吸附类型和敏感气体.结果表明,单层黑磷砷以强的物理吸附对NO_(2)和SO_(2)气体敏感,而通过化学吸附对NO气体敏感并且N原子和P原子间还形成新的化学键.从能带结构角度,CO,CO_(2)和NH3这三种气体吸附对黑磷砷的能带结构影响很小,SO_(2)气体吸附增大带隙宽度.磁性气体NO和NO_(2)的吸附则在费米能级附近引入杂质能带,这主要来源于N原子和O原子的p轨道,并且减小了带隙宽度.NO和NO_(2)气体还分别诱导了0.83μB和0.78μB的磁矩,使得整个体系带有磁性.理论研究表明,单层黑磷砷是检测NO,NO_(2)和SO_(2)气体的良好气敏材料.