二维MXene基离子电池电极材料的理论研究

项目名称： 二维MXene基离子电池电极材料的理论研究

项目编号： No.11504303

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 甘立勇

作者单位： 华南理工大学

项目金额： 20万元

中文摘要： MXene，一种新型二维类石墨烯材料，其家族成员包括前过渡金属碳、氮以及碳氮化合物。由于其具有较高的电导率，因此在离子电池电极材料领域里表现出巨大的应用前景。研究表明，MXene的离子容量以及离子扩散速率与其表面官能团种类密切相关。本项目拟利用第一性原理计算并结合其他相关方法，在简单MXene的基础上，研究通过以下手段产生的电子结构变化：1）吸附新官能团；2）对M位、X位、表面官能团掺杂；3）合金；4）构建面内或者垂直面内复合体系。旨在通过这些手段优化MXene离子电池电极材料性质：离子最大存储容量、离子扩散速率、平均开路电压。同时与文献在MXene上的实验报道进行比较，深入分析结构、电子结构影响离子电池性质的微观机制，为获得高性能MXene离子电池电极材料提供理论依据。

中文关键词： 二维MXene；第一性原理计算；电子结构性质；离子电池

英文摘要： MXene is a newly exfoliated family of two-dimensional graphene-like materials, including early transition metal carbides, nitrides, and carbonitrides. Their high electrical conductivity facilitates potential applications to electrodes in ion batteries. It has been found that the ion storage capacities and ion diffusion rates strongly depend on the nature of their surface functional groups. In this proposal, first-principle calculations combining other related approaches will be applied to explore how the following factors affect MXene electronic structures: 1) new surface functional groups; 2) doping and 3) alloying in M or X site, or functional group; 4) in-plane and out-of-plane hybrid systems. By introducing these factors, our aim is to optimize MXene ion storage capacities, diffusion rates, and average open circuit voltages. Additionally, via comparison with those experimental results in literature, we try to conclude some microscopic mechanisms on how the ion battery properties correlate with their structures and electronic properties for high-performance MXene-based electrode design.

英文关键词： two dimensional MXene;first-principle calculations;electronic structures abd properties;ion battery