Sin團簇/石墨烯(n≤6)結構穩(wěn)定性和儲鋰性能的第一性原理計算

編號：CYYJ01761

篇名：Sin團簇/石墨烯(n≤6)結構穩(wěn)定性和儲鋰性能的第一性原理計算

作者：沈丁 劉耀漢 唐樹偉 董偉 孫聞 王來貴 楊紹斌

關鍵詞： 石墨烯 Sin團簇 結構穩(wěn)定性 儲鋰性能

機構： 遼寧工程技術大學材料科學與工程學院 遼寧工程技術大學力學與工程學院

摘要： 目前,硅/碳復合材料是鋰離子電池最有潛在應用前景的高容量負極材料之一,硅與碳材料的界面狀態(tài)是影響其電化學性能的重要因素.本文在作為碳材料結構單元的石墨烯表面構建了Sin(n≤6)團簇,采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法研究了Sin團簇/石墨烯(Sin/Gr)的幾何構型、結構穩(wěn)定性和電子性質.結果表明,當Si原子數n≤4時,Sin團簇優(yōu)先以平行于石墨烯的二維構型沉積在石墨烯表面,當n≥5時,Sin團簇優(yōu)先以三維立體構型沉積在石墨烯表面.隨著n的增大,Sin團簇在石墨烯表面的熱力學穩(wěn)定性顯著降低,兩者之間的界面結合減弱,并且伴隨著Sin團簇與石墨烯之間的電荷轉移也越來越少.同時還研究了Sin/Gr復合構型的儲鋰能力,Li原子主要存儲在Sin團簇臨近的石墨烯表面和Sin團簇周圍,Sin團簇與石墨烯復合形成的協(xié)同作用增強了Li原子吸附的熱力學穩(wěn)定性.當n≤4時,存儲2個Li原子有利于提高xLiSin/Gr體系的熱力學穩(wěn)定性,繼續(xù)增加Li原子數x會導致穩(wěn)定性降低;當n≥5時,穩(wěn)定性隨著Li原子數x的增多而逐漸降低.