凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2024年12月10日
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标题: 聚吡咯烯的结构、电子和锂离子吸附性能通过第一性原理和机器学习模拟进行探索:一种新的多环二维碳同素异形体
标题: Structural, Electronic, and Li-ion Adsorption Properties of PolyPyGY Explored by First-Principles and Machine Learning Simulations: A New Multi-Ringed 2D Carbon Allotrope
摘要: 二维(2D)碳材料因其独特的结构框架和电子行为,在能量转换和存储应用中作为替代材料被广泛研究。本研究提出了一种新型的二维碳同素异形体,聚合吡咯环炔(PolyPyGY),其特征是具有4、5、6、8和16元环的多环结构,形成多孔结构。通过第一性原理计算和机器学习技术,我们研究了其结构、电子、机械、光学和锂离子储存性能。通过密度泛函微扰理论框架评估的振动特性证实了其结构稳定性。此外,在1000 K下的从头算分子动力学模拟表明其热稳定性,未观察到键断裂或重新配置。电子带结构显示其具有金属特性,该材料表现出各向异性的弹性性质,杨氏模量在421至664 GPa之间变化,表明良好的机械稳定性。此外,锂扩散研究表明能量势垒较低(0.05-0.9 eV)和高扩散系数($>$ 6 $\times$ 10$^{-6}$ cm$^{2}$/s),以及稳定的开路电压1.2 V。这些结果突显了PolyPyGY作为锂离子电池高效且耐用负极材料的潜力,具有快速的Li离子扩散、稳定的嵌入和充放电循环中的稳定性能。
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