Janus MgAlB₂ MBene：用于超快锂离子传输和优异锂存储的偶极工程负极
材料科学
2026-07-04 v1 介观与纳米尺度物理
其他凝聚态物理
摘要
在这项工作中，我们提出了一种基于II/IIIA族的Janus MBene，MgAlB₂，并使用第一性原理计算研究了其电化学性质。在Mg₂B₂ MBene中，将一个Mg层替换为Al层打破了结构对称性，并产生了永久的平面外极化，与母体Mg₂B₂和Al₂B₂单层相比，形成了不同的电子环境。电子结构分析揭示了费米能级附近B、Mg和Al态之间增强的轨道杂化，导致单层内电子离域性提高。发现Janus MgAlB₂单层具有优异的动力学、力学和热稳定性。由于其极化修饰的能量景观，Li离子以17.1 meV的极低扩散势垒迁移，对应于室温扩散系数3.43x10^-10 cm²/s。与仅支持单一稳定吸附层的原始Mg₂B₂和Al₂B₂单层不同，MgAlB₂容纳了两个完整的Li层。详细分析表明，第一层锂化后保留的残余极化继续促进Li吸附，而增加的Li-Li静电相互作用最终限制了进一步的存储。因此，Janus单层提供了1470.24 mAh/g的高理论比容量，并且在最大锂化期间仅产生3.7%的小体积膨胀。本研究表明，可以利用固有极化来调节Li存储的热力学和动力学，为高倍率、高容量二维电极材料提供了一种设计策略。
引用
@article{arxiv.2607.03823,
title = {Janus MgAlB_2 MBene: a dipole-engineered anode for ultrafast Li-ion transport and exceptional lithium storage},
author = {Pritam Samanta and Sashank Kumar Pandey and Amit Kumar Jana and Prakash Parida},
journal= {arXiv preprint arXiv:2607.03823},
year = {2026}
}