Na在XC₃（X=B,N,P）掺杂石墨烯表面吸附与扩散行为的第一性原理研究

来源期刊：材料导报2019年第10期

论文作者：杨绍斌 单学颖 李思南 唐树伟 沈丁 孙闻

文章页码：1640 - 1645

关键词：掺杂石墨烯;钠吸附;导电性;扩散;

摘    要：采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法,对Na在本征石墨烯（PG）和掺杂单层石墨烯（BC₃、NC₃、PC₃）表面的吸附结构、电子性质和扩散行为进行了详细的理论计算。结果表明,由于磷掺杂体系（PC₃）P-C键剧烈变化,PG中原有的平面结构消失;而硼、氮掺杂（BC₃和NC₃）对PG结构的影响很小,B-C键和N-C键变化不显著,BC₃和NC₃仍然能维持PG的平面结构,并且没有正反面之分。电子结构计算表明,PG、BC₃和NC₃体系分别呈现半金属、p型掺杂和n型掺杂特征,而PC₃表现出金属性;然而,在Na吸附后所有的材料都表现出金属性。进一步的吸附能计算发现磷、硼掺杂（PC₃和BC₃）能够有效改善石墨烯的储Na容量,从扩散机制的研究发现,Na在PC₃掺杂体系表面的扩散能垒较小,仅为0.081 5 eV,有利于Na在PC₃掺杂石墨烯表面的传输和扩散,是一种潜在的钠离子电池负极材料。