對可持續和大規模能源供應的需求已導致可再生能源和儲能技術的重大發展。二價金屬離子（Mg、Ca和Zn）電池是可持續能源未來的有前途的儲能技術，但是對合適電極材料的需求限制了它們的商業開發。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遷移，以了解二價金屬離子電池在石墨烯和碳基陽極中的金屬存儲和遷移率。此類原子性研究可幫助解決新型二價金屬電池技術發展所面臨的挑戰，并了解二價和單價金屬離子電池之間的存儲差異。結果表明，Ca在石墨烯基體系上的吸附比Mg和Zn的吸附在能量上更有利，Ca的吸附行為類似于單價離子（Li、Na和K）。進一步研究了石墨烯表面的金屬遷移，與石墨烯系統上的Mg和Zn相比，Ca的遷移能壘高得多，從而導致Ca大量捕獲在缺陷部位。
Figure 1. （a）作為石墨烯模型的函數，缺陷和原始石墨烯上的Mg、Ca和Zn的金屬吸附能和（b）金屬Bader電荷。
Figure 2. 考慮到三個遷移路徑（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的金屬遷移路徑。（d）中包含遷移路徑的示意圖。
Figure 3. 帶有NC缺陷的石墨烯上Mg、Ca和Zn的金屬遷移路徑為（a）路徑1-2（通過C-N鍵）和（b）路徑1-3（遠離與C-C鍵交叉的NC缺陷）。
Figure 4. 帶有OCNC缺陷的石墨烯上Mg、Ca和Zn的金屬遷移路徑為（a）路徑1-2（在OC上）和（b）路徑1-3（在NC上）。
相關研究成果于2020年由薩里大學Qiong Cai課題組，發表在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《石墨烯雜志》公眾號：
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