Li吸附對石墨烯、BCx、CxN電學性質影響的第一性原理研究.pdf

1、鋰離子電池在我們的生活中應用很廣泛，如在移動設備、電動汽車領域均有普遍的應用。鋰離子電池負極材質一般選用嵌鋰化合物和石墨。然而，由于石墨儲鋰能力有限，并不能滿足人們對更高儲鋰容量的要求。石墨烯由于它優(yōu)良的電子特性與結構已經引發(fā)探究的興趣。石墨烯經B、N摻雜后對應摻雜體系的電學性質產生改變，儲鋰性能也各不相同。本文選用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法，對Li在未摻雜和B(N)摻雜濃度分別為25％、16.67%、12.5%（原子分

2、數）的石墨烯表面最穩(wěn)定位置的吸附進行了結構優(yōu)化，研究了本征石墨烯、BCx、CxN吸附Li前后的能帶、態(tài)密度、Bader電荷轉移、差分電荷密度及結合能。通過上述計算主要獲得以下結論：
　?。?）Li吸附對石墨烯電學性質的影響：單個Li原子于石墨烯表面吸附后graphene-Li體系呈現金屬性。Li與石墨烯間存在離子鍵及共價鍵的混合。鋰原子吸附于石墨烯后，2s態(tài)產生退化現象。
　?。?）Li吸附對BC3、C3N電學性質影響：B含

3、量為25%的BC3形成缺電子狀態(tài)，有利于與具有自由電子的Li原子的吸附結合，能顯著提高石墨烯鋰吸附能；N含量為25%的C3N形成富電子狀態(tài)，減弱了Li在石墨烯的表面的吸附能。Li在BC3和C3N表面吸附后對應體系的費米能級相對于吸附Li前上升，使得吸附Li后的BC3及C3N體系顯示出金屬性，由半導體變?yōu)閷w。Li與BC3及C3N間存在離子鍵及共價鍵的混合。
　?。?）Li吸附對BC7、C7N電學性質影響：B含量為12.5%的BC7

4、形成缺電子狀態(tài)， Li在BC7表面最穩(wěn)定吸附位置的結合能力比Li在BC3表面最穩(wěn)定吸附位置的結合能力強；N含量為12.5%的C7N形成富電子狀態(tài)，Li在C7N表面最穩(wěn)定吸附位置的結合能力比Li在C3N表面最穩(wěn)定吸附位置的結合能力更強。單個Li原子在BC7和C7N表面吸附后， BC7-Li和C7N-Li體系均呈現金屬性。Li與BC7及C7N間存在離子鍵及共價鍵的混合。
　?。?）Li吸附對BC5、C5N電學性質影響：B含量為16.6