一种空位诱导提升单层Mo2C氟离子扩散性能的方法

本发明属于计算材料学，具体涉及一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法。

背景技术：

1、近年来，随着电子设备和电动汽车的飞速发展，人们对其所配套储能产品的安全性、高容量和低成本等方面提出了更高要求，如何研发高性能的二次电池目前已成为当今社会的研究热点之一。氟离子电池作为一种新型储能设备，具有如下独特优势：首先氟离子比较稳定，不易引起安全隐患的问题；其次氟离子电池具有较高的能量密度，通常其能量密度为锂离子电池的6至10倍；而且地壳中蕴藏着丰富的氟资源，氟离子电池有着低成本的优点。但其较差的倍率性能严重制约了氟离子电池的进一步发展，诱导氟离子在电极材料中的快速扩散是解决这问题的一种有效方法。

2、过渡金属碳化物作为一类二维材料，具有高导电性能的优点；而且其独特的层状结构和较稳定的吸附位点使得过渡金属碳化物具有高容量的优点。在众多的过渡金属碳化物中，单层mo2c具有稳定的化学性质和较大的比表面积，其由(mo-c-mo)原子层交替排列组成了三明治结构，有利于氟离子在其中存储，尤其单层mo2c具有较高的能量密度；但是氟离子在其中的扩散性能仍需进一步提高。基于空位缺陷与离子扩散之间的内在关联，本发明在单层mo2c中引入空位缺陷的方法提高氟离子扩散性能，其氟离子扩散能垒仅为0.07ev，旨在设计出具有优异倍率性能的单层mo2c基氟离子电池电极材料。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，使其成为一种具有优异氟离子扩散性能的氟离子电池电极材料，具体实施方式按照以下步骤进行：

2、步骤1：筛选含空位缺陷的单层mo2c所对应最稳定的结构(mo1.78c0.89)，并计算其空位形成能；

3、步骤2：得到mo1.78c0.89的能带带隙，并证实其具有导电性；

4、步骤3：计算得到了氟离子在mo1.78c0.89表面不同位点处的吸附能，并筛选出最稳定的mo1.78c0.89f0.125；

5、步骤4：在mo1.78c0.89f0.125中，获得了其最优氟离子扩散路径及其所对应的氟离子扩散能垒；

6、步骤5：证明了mo1.78c0.89在温度为300k和500k下均具备良好的热稳定性；

7、本发明针对单层mo2c较差的氟离子扩散性能问题，提出一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，以获得氟在其中实现高扩散性能的设计方案与技术路线。首先对具有不同空位结构的单层mo2c进行结构筛选，得到其最稳定的空位缺陷结构(mo1.78c0.89)；然后对mo1.78c0.89的结构进行能带带隙计算，证明了其具有优异的电子导电性；接着计算并得到氟在mo1.78c0.89不同位点所对应的吸附能，从而筛选出最稳定mo1.78c0.89吸附氟体系(mo1.78c0.89f0.125)；在此基础上，采用爬坡弹性带(ci-neb)方法寻找氟离子在mo1.78c0.89中的最低扩散能垒及其所对应的氟离子扩散路径；最后采用从头算分子动力学(aimd)研究了mo1.78c0.89分别在温度为300k和500k下的热稳定性。本发明提供的氟离子在mo1.78c0.89中的最低扩散能垒为0.07ev，同时其具有良好电子导电性，并且mo1.78c0.89在300k和500k下均具有良好的热稳定性。

技术特征：

1.一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，其特征在于，所述步骤1中，根据(1-1)式计算单层mo2c的不同空位缺陷体系的形成能(ef)，从而获得稳定的mo2c空位结构。

3.根据权利要求1所述的一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，其特征在于，所述步骤2中，对mo1.78c0.89进行能带计算，分析该空位缺陷结构的电子导电性；具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，其特征在于，所述步骤3中，根据mo1.78c0.89不同位点所吸附氟离子的结构，并根据式(1-2)计算其相应的氟离子吸附能(ead)。

5.根据权利要求1所述的一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，其特征在于，所述步骤4中，采用爬坡弹性带(ci-neb)方法搜索氟离子在单层mo2c及其空位缺陷体系的最优扩散路径；具体步骤如下：

6.根据权利要求1所述的一种空位诱导提升单层mo2c氟离子扩散性能的方法，其特征在于，所述步骤5中，采用从头算分子动力学(aimd)方法证明mo1.78c0.89在温度为300k和500k下均具有良好的热稳定性。

技术总结本发明公开了一种空位诱导提升单层Mo<subgt;2</subgt;C氟离子扩散性能的方法，主要借助空位缺陷，从原子尺度上调控单层Mo<subgt;2</subgt;C的结构，降低氟离子在其中的扩散能垒，从而诱导氟离子在单层Mo<subgt;2</subgt;C的空位体系中进行快速扩散，极大提高单层Mo<subgt;2</subgt;C作为氟离子电池电极材料的倍率性能。首先采用第一性原理方法计算单层Mo<subgt;2</subgt;C的空位缺陷形成能，对单层Mo<subgt;2</subgt;C的空位缺陷体系进行筛选与优化，获得其最稳定的结构为Mo<subgt;1.78</subgt;C<subgt;0.89</subgt;；在此基础上，探讨其最稳定的氟离子吸附位点，获得其最稳定的吸附氟离子体系所对应的结构；并发现了氟离子在Mo<subgt;1.78</subgt;C<subgt;0.89</subgt;中的最优扩散路径，其对应的氟离子扩散能垒为0.07eV，这远小于氟离子在单层Mo<subgt;2</subgt;C中的扩散能垒，这表明了引入空位缺陷能显著提高氟离子在单层Mo<subgt;2</subgt;C中的传输性能。此外，Mo<subgt;1.78</subgt;C<subgt;0.89</subgt;在温度为300K和500K时均具有良好的热稳定性。本发明为设计具有高扩散性能的氟离子电池电极材料提供了一种思路和方法。技术研发人员：杨振华,王创,尤利东受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29