【摘 要】
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二维范德瓦尔斯异质结材料通过结合两种不同材料,在储能、光电、催化等领域得到了广泛的应用。已有的研究结果表明,作为电池的负极材料,异质结的构建可以明显的提高负极材料的性能,比如提高材料的循环稳定性以及材料的存储容量等。采用第一性原理计算方法,本文研究了两层MoS2/C3N和三层C3N/MoS2/C3N异质结的几何结构、热力学稳定性、力学性能和作为锂电池负极材料的电化学性能。电化学性能包括锂离子的吸附
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二维范德瓦尔斯异质结材料通过结合两种不同材料,在储能、光电、催化等领域得到了广泛的应用。已有的研究结果表明,作为电池的负极材料,异质结的构建可以明显的提高负极材料的性能,比如提高材料的循环稳定性以及材料的存储容量等。采用第一性原理计算方法,本文研究了两层MoS2/C3N和三层C3N/MoS2/C3N异质结的几何结构、热力学稳定性、力学性能和作为锂电池负极材料的电化学性能。电化学性能包括锂离子的吸附强弱、扩散能力以及理论储锂容量和开路电压等。同时研究了MoSSe/C3N异质结作为锂/钠电池的负极材料的性能,主要结论如下:（1）两层MoS2/C3N和三层C3N/MoS2/C3N异质结都具有比较好的结构稳定性,并且都表现出金属性。相比于单层的MoS2材料,力学性能得到了明显的提高。相比较于单层C3N材料,锂离子的吸附能明显增强。MoS2/C3N异质结表现出金属性,说明导电性能更强。结果表明,当锂离子吸附在异质结中间时,吸附构型是最稳定的。此外,锂离子在异质结中更快的扩散能力将会提高电池的倍率性能。MoS2/C3N异质结为锂离子提供了足够多的吸附位置,其理论储锂容量为742.86 mAh g-1。与此同时,通过与其他一些典型的异质结的负极材料的对比发现,MoS2/C3N的理论容量和扩散势垒都是可观的。在此基础上,研究了三层C3N/MoS2/C3N异质结,结果表明其具有与锂离子更强的结合能力和更大的储锂容量,并且和两层的MoS2/C3N异质结类似,都具有比较小的平均开路电压。（2）MoSSe/C3N异质结不仅几何结构稳定,而且具有优异的导电性能和力学性质。作为锂/钠电池的负极材料,异质结的构建,使得锂/钠离子的吸附强度相比于单层都有明显的提高。相比较于单层的C3N材料,锂离子在MoSSe/C3N异质结中扩散势垒更小。值得注意的是,相比于锂离子,钠离子具有更低的扩散势垒,并且扩散系数更大。通过与其他的负极材料对比发现,其锂/钠的扩散势垒更具有优势。MoSSe/C3N异质结在作为锂/钠电池的电极材料时,在保持结构完整的情况下,具有比较适中的储存容量和较低的开路电压。
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