开放隧道氧化物作为多价离子（Ca 与 Al）电池插层宿主的 DFT 研究

锂离子电池（LIBs）在日常应用中无处不在。然而，锂（Li）是地球上的有限资源，因此不可持续。作为锂的替代，地球储量丰富且更便宜的多价金属如铝（Al）和钙（Ca）已在电池系统中被积极研究。然而，亟需寻找适合多价离子电池的插层宿主。开放隧道氧化物是一类以具有集成一维通道或纳米孔为特征的微粒。本工作聚焦于两种有前景的开放隧道氧化物，即：铌钨氧化物（NTO）和钼钒氧化物（MoVO）。我们发现，由于其更大的表面积和不同形状，MoVO 结构比 NTO 能吸附更多数量的多价离子。MoVO 结构可吸附 Ca、Li 和 Al 离子，吸附势约为 4 至 5 eV。然而，由于通道面积较小，Al 离子六方通道的吸附势降至 1.73 eV。NTO 结构对单个 Li、Ca 和 Al 的嵌入/吸附势分别为 4.4 eV、3.4 eV 和 0.9 eV。总体而言，在 MoVO 和 NTO 两种结构中 Ca 离子均比 Al 离子更易吸附。Bader 电荷分析与电荷密度图揭示了电荷转移和离子尺寸对 Ca 和 Al 等多价离子嵌入 MoVO 和 NTO 体系的作用。我们的结果为探索其他用于电池应用的多价离子提供了通用指导。