空位诱导的硼氮单层作为金属离子电池与氢气储存应用的多功能材料
材料科学
2026-05-06 v1 计算物理
摘要
本研究全面考察了由硼空位诱导的孔结构硼氮单层(BN:VB)作为多功能材料的结构、电子、电化学和能源存储属性，作为 MIBs 与 H2 储存应用的阴极材料。我们的计算方法，密度泛函理论(DFT)、ab initio 分子动力学(AIMD)以及热力学分析，揭示了 MIBs 与 H2 储存具有异常高的能量密度和质量密度。我们研究了 Li、Na 和 K 原子在 BN:VB 上的相互作用，这些原子与 BN:VB 形成强键合，键合能超过其粘结能，确保了结构稳定性并避免了金属聚集。通过自旋极化部分态密度(PDOS)、能带结构和 Bader 电荷分析，揭示了金属原子向 BN:VB 之间的显著电荷转移，增强了后者的电导性。理论比容量分别为 1821.53、786.11 和 490.51 mA h/g for Li、Na 和 K，均显著超过了传统阴极材料如石墨。平均开路电压(OCV)分别为 0.15、0.25 和 0.32 V，表明其具有强烈的电化学稳定性。扩散研究显示，在不同金属负载下，Li、Na 和 K 的扩散势垒分别为 0.47、0.08 和 0.60 eV，表明其具有增强的迁移性和充放电速率。另一方面，金属功能化的 BN:VB 单层在 H2 质量容量方面表现出极高的储存能力，这基于莱姆夫斯广义吸附模型的统计热力学分析。4Li、4Na 和 4K@BN:VB 上 H2 的平均吸附能均处于实际储存应用的理想范围内。
引用
@article{arxiv.2407.13224,
title = {Vacancy-Induced Boron Nitride Monolayers as Multifunctional Materials for Metal Ion Batteries and Hydrogen Storage Applications},
author = {Wadha Alfalasi and Wael Othman and Tanveer Hussain and Nacir Tit},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.13224},
year = {2026}
}