MBene电子结构及其性质研究

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二维过渡金属硼化物Mbenes,是MXenes这一新型二维材料体系一个新的分支。MXenes的表达通式为M(n+1)XnTx,n+1层的过渡金属M和n层X元素(碳、氮或者磷)交替排列,T代表键合到M原子层表面的官能团。近年来X元素由原来的碳或氮拓展到了硼元素,并被命名为MBenes。由于MXenes在离子电池、混合电化学电容器、催化剂、自旋电子学和柔性器件等领域表现出巨大的应用潜力,受到了研究者们的广泛关注。MBenes的性质与MXenes类似,同样有望在这些领域得到应用。基于第一性原理计算,我们在本文中对二维Mo2B和Au2B的电子结构、性质及其潜在的应用进行了系统的研究。首先,通过计算Mo2B与Au2B的结合能、分子动力学模拟和弹性常数,发现这两种材料都是可以稳定存在的二维材料。其次,采用广义梯度近似和杂化泛函计算得到的电子结构都表明Mo2B和Au2B是金属材料。引入本征点缺陷、施加应力和吸附官能团等方式都不会破坏Mo2B和Au2B的金属性。再者,Li/Na离子在Mo2B表面的吸附能均为化学吸附负值,在Mo2B表面上的扩散势垒分别为0.073e V和0.069e V。负值的吸附能和较低的扩散势垒表明Mo2B有望应用于离子电池的阳极材料,而Au2B稳定性不如Mo2B导致其无法应用于离子电池阳极。最后,发现Mo2B和Au2B吸附氢的吉布斯自由能(?GH*)分别为0.24e V和0.54e V,数值较接近零点的?GH*表明Mo2B和Au2B可用做析氢反应催化剂。
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