對(duì)可持續(xù)和大規(guī)模能源供應(yīng)的需求已導(dǎo)致可再生能源和儲(chǔ)能技術(shù)的重大發(fā)展。二價(jià)金屬離子（Mg、Ca和Zn）電池是可持續(xù)能源未來(lái)的有前途的儲(chǔ)能技術(shù)，但是對(duì)合適電極材料的需求限制了它們的商業(yè)開發(fā)。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(jià)金屬離子電池在石墨烯和碳基陽(yáng)極中的金屬存儲(chǔ)和遷移率。此類原子性研究可幫助解決新型二價(jià)金屬電池技術(shù)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)，并了解二價(jià)和單價(jià)金屬離子電池之間的存儲(chǔ)差異。結(jié)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(jià)離子（Li、Na和K）。進(jìn)一步研究了石墨烯表面的金屬遷移，與石墨烯系統(tǒng)上的Mg和Zn相比，Ca的遷移能壘高得多，從而導(dǎo)致Ca大量捕獲在缺陷部位。
Figure 1. （a）作為石墨烯模型的函數(shù)，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(gè)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(yuǎn)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(guān)研究成果于2020年由薩里大學(xué)Qiong Cai課題組，發(fā)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(hào)：
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