异质结工程与杂原子掺杂协同提升MoB负极材料在锂离子电池中的电化学性能

本文通过第一性原理计算构建了MoB/G（石墨烯）异质结结构，揭示了异质结内置电场与N/S掺杂对Li+行为的协同调控机制。研究发现：层间内置电场显著提升反应动力学（扩散势垒低至0.10 eV），N/S掺杂优化表面吸附态（电荷转移>1 e），最终使MoB/N,S-G异质结实现725.8 mAh/g理论比容量和0.2%脱锂体积变化，为二维异质结负极设计提供理论框架（LIBs）。

　　

Highlight

异质结优化策略通过独特的界面特性强化材料间相互作用，成为提升储能材料性能的关键。本研究采用第一性原理构建MoB/石墨烯（G）异质结：一方面，层间内置电场显著加速锂离子扩散并抑制体积膨胀；另一方面，N/S掺杂提供强吸附位点和适宜迁移环境，使Li⁺电荷转移量突破1 e。最终形成的MoB/N,S-G异质结展现出725.8 mAh/g的高理论容量和0.2%的脱锂体积变化率，其导电网络更同步提升整体导电性与应力缓冲能力。

Computational methods

所有计算通过CASTEP模块完成，采用Grimme方法校正范德华力（vdW），交换关联泛函选用PBE-GGA。结构优化时设置截断能350 eV，k点网格3×3×1，确保力收敛阈值<0.03 eV/?，能量收敛<10^-5 eV/atom。

Heterojunction and electronic structure

如图1(a)所示，正交结构的MoB与六方石墨烯通过晶格匹配构建异质结。电荷密度差分析显示界面存在0.03 e/?³的电荷重分布，内置电场强度达1.8 V/nm，有效促进Li⁺迁移。掺杂N/S后，石墨烯层的功函数降低1.2 eV，吸附能提升至-2.45 eV。

Conclusions

石墨烯的引入使MoB体积变化率从7.2%降至0.2%，同时N/S掺杂将Li⁺扩散势垒从0.35 eV降至0.18 eV。异质结与杂原子协同作用使开路电压（OCV）稳定在0.45 V，兼具枝晶抑制与安全特性。