对可持续和大规模能源供应的需求已导致可再生能源和储能技术的重大发展。二价金属离子（Mg、Ca和Zn）电池是可持续能源未来的有前途的储能技术，但是对合适电极材料的需求限制了它们的商业开发。本文以原子尺度研究了Mg、Ca和Zn在原始和有缺陷的石墨烯表面上的吸附和迁移，以了解二价金属离子电池在石墨烯和碳基阳极中的金属存储和迁移率。此类原子性研究可帮助解决新型二价金属电池技术发展所面临的挑战，并了解二价和单价金属离子电池之间的存储差异。结果表明，Ca在石墨烯基体系上的吸附比Mg和Zn的吸附在能量上更有利，Ca的吸附行为类似于单价离子（Li、Na和K）。进一步研究了石墨烯表面的金属迁移，与石墨烯系统上的Mg和Zn相比，Ca的迁移能垒高得多，从而导致Ca大量捕获在缺陷部位。
 
Figure 1. （a）作为石墨烯模型的函数，缺陷和原始石墨烯上的Mg、Ca和Zn的金属吸附能和（b）金属Bader电荷。
 

Figure 2. 考虑到三个迁移路径（a）H-B-H、（b）H-T-H和（c）H-T-B-T-H，原始石墨烯上Mg、Ca和Zn的金属迁移路径。（d）中包含迁移路径的示意图。
 

Figure 3. 带有NC缺陷的石墨烯上Mg、Ca和Zn的金属迁移路径为（a）路径1-2（通过C-N键）和（b）路径1-3（远离与C-C键交叉的NC缺陷）。

 
Figure 4. 带有OCNC缺陷的石墨烯上Mg、Ca和Zn的金属迁移路径为（a）路径1-2（在OC上）和（b）路径1-3（在NC上）。
 
      相关研究成果于2020年由萨里大学Qiong Cai课题组，发表在Carbon（doi.org/10.1016/j.carbon.2020.03.028）上。原文：The adsorption and migration behavior of divalent metals (Mg, Ca, and Zn) on pristine and defective graphene。

摘自《石墨烯杂志》公众号：