B掺杂的石墨烯作为钠离子电池负极材料的研究

姚利花， 甄海龙

(1. 山西大同大学机电工程学院，大同 037003; 2. 山西大同大学物理与电子科学学院, 大同 037009)

1 引 言

石墨烯是具有单原子尺寸厚度的六角蜂窝状结构材料.近年来，石墨烯由于其奇异性能引起了高度重视，其高的储存能力使它有望成为二次电池的电极材料.许多结果表明石墨烯具有高的储存能力[8-11]，Yoo等[10]发现锂在石墨烯的储存量达到784 mAh/g，是锂在石墨中储存量的2倍.原因是石墨烯的二维六角蜂窝结构为锂原子的储存提供了额外的位点.因此，石墨烯有望成为钠离子电池的电极材料.而且，硼掺杂的碳材料比相应的纯碳材料表现出更高的可逆容量和循环稳定性[12,13].

第一性原理是一种研究和预测材料性能的重要方法，近年来得到广泛的应用.例如，2017年，姚等[14]利用第一性原理研究了B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响.余等[15]利用第一性原理研究了压力下CaN2的结构稳定性和电子结构.2018年，欧等[16]利用第一性原理研究了单层MoS2表面吸附Ag6团簇电子结构；阳等[17]利用第一性原理研究了二氧化铈基稀磁氧化物的磁性.

基于钠的上述优点，钠离子电池有望成为新型二次电池，但目前研究表明吸附在石墨烯上的钠容易产生枝晶或团簇[18].因此，本文采用第一性原理对硼掺杂的石墨烯作为钠离子电池电极材料进行相关研究.主要研究钠吸附在石墨烯上的吸附能、电荷密度、态密度和储钠量.

2 模拟方法和计算模型

2.1 模拟方法

采用基于密度泛函理……