本发明专利技术公开了一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta<subgt;2</subgt;N上的扩散性能方法，主要解决目前单层Ta<subgt;2</subgt;N作为氯离子电池电极材料存在低氯离子扩散性能问题。本发明专利技术首先对单层Ta<subgt;2</subgt;N施加不同程度的双轴应变(ε)，然后采用第一性原理方法对其进行筛选与优化；在此基础上，探讨其最稳定的氯离子吸附位点，获得其最稳定的吸附氯离子体系所对应的结构；并发现当对Ta<subgt;2</subgt;N施加合适双轴应变时(ε＝‑4％)，其具有最优氯离子扩散能垒(0.17eV)和良好的热稳定性。本发明专利技术为设计具有优异氯离子扩散性能的氯离子电池电极材料提供了思路和方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算材料学，具体涉及一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法。
技术介绍
1、随着化石燃料的不断开采和利用，人类面临着严重能源危机和环境污染问题。能源转换和存储技术已成为解决此问题的一种关键手段。其中，氯离子电池具有成本低廉、高理论能量密度和高安全性等优点，其具有广泛的应用前景。但其较差倍率性能严重制约了氯离子电池的进一步发展。单层ta2n作为一种典型的二维过渡金属氮化物，具有稳定化学性质、丰富反应活性位点和良好电子导电性，其在氯离子电池领域已成为研究热点之一。氯离子在单层ta2n上的扩散性能仍有待进一步提高(扩散能垒为0.59ev)，本专利技术对单层ta2n采用双轴应变程度为-4％的结构调控方法，显著降低了其氯离子扩散能垒(扩散能垒仅为0.17ev)，从而设计出具有优异倍率性能的单层ta2n基氯离子电池电极材料。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法，使其成为一种具有优异氯离子扩散性能的氯离子电池电极材料，具体实施方式按照以下步骤进行：
2、步骤1：对单层ta2n进行结构优化，获得其稳定结构；
3、步骤2：对稳定ta2n结构进行能带与态密度计算，分析其电子结构；
4、步骤3：对单层ta2n施加程度为-6％≤ε≤6％的双轴应变(ε)，分析其力学性能；
5、步骤4：计算氯离子在单层ta2n上(经过-6％≤ε≤6％双轴应变调控)的吸附能；
>6、步骤5：证实了单层ta2n经过合适双轴应变后(ε＝-4％)，氯离子在其上具有最佳扩散性能；7、步骤6：证明了单层ta2n经过合适双轴应变后(ε＝-4％)，其在温度分别为300k和500k下均具备良好热稳定性；
8、本专利技术针对单层ta2n具有较差氯离子扩散性能问题，提出一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法，以获得氯离子在其中实现最优扩散性能的设计方案与技术路线。首先对单层ta2n进行结构优化，获得其稳定结构；在此基础上，对其进行能带与态密度计算，证明其具有优异的电子导电性；然后对单层ta2n施加不同程度的双轴应变(ε)(-6％≤ε≤6％)，分别构建其吸附氯离子的结构模型，并计算其对应的吸附能。接着，采用爬坡弹性带(ci-neb)方法分析并计算氯离子在单层ta2n(经过不同程度的双轴应变，-6％≤ε≤6％)上的氯离子扩散路径及扩散能垒，证实当对ta2n施加适合的双轴应变(ε)时(ε＝-4％)，氯离子在其上具有最优扩散性能(氯离子扩散能垒仅为0.17ev)；最后采用从头算分子动力学(aimd)方法分别证明了ta2n(经过双轴应变为-4％处理)在温度为300k和500k下均具有良好热稳定性。
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【技术保护点】
1.一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤1中，对Ta2N进行结构优化，获得其最稳定结构。
3.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤2中，对Ta2N进行能带与态密度计算，分析其电子结构；具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤3中，根据式(1-1)定义双轴应变(ε)，对Ta2N施加双轴应变(ε)，分析单层Ta2N的力学性能；具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤4中，基于单层Ta2N(经过不同程度双轴应变调控)吸附氯离子体系的结构，并根据式(1-2)计算其相应的氯离子吸附能(Ead)。
6.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤5中，采用爬坡弹性带(CI-NEB)方法分别搜索氯离子在单层Ta2N及其双轴应变体系上的最优扩散路径；具体步骤如下：
7.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层Ta2N上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤6中，采用从头算分子动力学(AIMD)方法证明Ta2N经过双轴应变处理后(ε＝-4％)，其在温度为300K和500K下均具有良好的热稳定性。
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【技术特征摘要】
1.一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤1中，对ta2n进行结构优化，获得其最稳定结构。
3.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤2中，对ta2n进行能带与态密度计算，分析其电子结构；具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种采用双轴应变提升氯离子在单层ta2n上的扩散性能方法，其特征在于，所述步骤3中，根据式(1-1)定义双轴应变(ε)，对ta2n施加双轴应变(ε)，分析单层ta2n的力学性能；具体步骤如下：
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨振华，李瑞芳，罗玲，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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