为了满足人们对能源的需求,新能源储存装置已经成为科技发展的焦点。目前,高性能的Na/Li离子电池的研究和开发是当前新能源领域的研究热点,其中Na/Li金属负极由于具有超高理论比容量、低化学电势而受到了科学界的广泛关注。但是,由Na/Li枝晶生长(Na/Li晶核沿某些晶向生长较快,导致形成具有树枝状的晶体,简称枝晶)引发的电池安全问题一直是金属Na/Li负极在实际应用中的主要挑战。为了设计高性能及安全可靠的钠金属负极,以用于可充电钠金属电池,当前我们需要充分了解钠金属电镀过程中金属钠枝晶的生长机制。为此,我们采用密度泛函理论(DFT),来深入探讨常见集流体(汇集电流的结构或零件,例如Cu、Al和单壁碳纳米管SWCNT)上与钠枝晶形成有关的基本因素。同时,在该基础上,我们还研究了SWCNT上含氧官能团对Na以及Li枝晶形成的影响。主要结论如下:(1)我们研究了钠原子在SWCNT表面、Cu(111)表面和Al(111)表面上的吸附行为及该过程中的电子转移机制,并比较了钠二聚体的稳定性。此外还对Cu、Al和SWCNT的“亲钠”性能和电子构型进行评估。对于单个钠原子的吸附,SWCNT、Cu和Al的吸附能分别为-2.15、-2.93和-2.24 e V,三者均对钠原子表现出良好的吸附性能。然而,在随后的能量上分析中发现SWCNT表面并不利于Na二聚体形成。基于Hirshfeld电荷分析和差分电子密度分布,我们发现SWCNT的稳定电子构型在分散Na原子中起关键作用。此外,我们还发现SWCNT中的空位缺陷诱导了更好的“亲钠”性能并可以抑制枝晶生长。因此,我们的研究结论揭示了在碳纳米管、铜和铝集流体上钠原子进行树状电沉积的潜在机制,表明SWCNT可以作为安全钠金属负极集流体应用于钠金属电池,以有效解决钠金属枝晶生长的问题。(2)在上一步研究的基础上,我们接着探讨了碳纳米管集流体上的不同表面氧种类对Na/Li枝晶形成的影响。主要对Na/Li原子在分别具有酮羰基(-C=O)、酚羟基(C-OH)、羧基(-COOH)、超氧基团(CO=O)和环氧(-O-)五种含氧官能团的SWCNT上的吸附行为及该过程的电子转移机制展开分析,并比较了二聚体的稳定性。结果表明,所有含氧官能团均促进了单个Na/Li原子的吸附。基于Hirshfeld电荷分析和差分电荷密度分布,我们发现O原子的得电子量,决定了Na/Li原子在其附近的吸附强度。我们还从能量的角度进行分析,发现本征SWCNT和OH-SWCNT表面不利于二聚体的形成,从而抑制枝晶的生长。本工作为制备出Na/Li原子在电极表面上均匀分布并抑制枝晶生长的特异性碳纳米管集流体材料提供理论基础。