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有限的锂资源制约着锂离子电池在动力电池和大规模储能领域的应用,而丰富的钠资源使钠离子电池具有成本优势,应用前景广阔。以低成本的天然石墨为原料制备的石墨烯通常存在多层结构和空位缺陷。双层石墨烯(Bilayer graphene,简称BLG)具有与单层石墨烯相似的表面吸附性质,同时具有类石墨的层间储存结构,然而,通过实验方法难以观测石墨烯中结构修饰(空位缺陷和掺杂)对Na在表面和层间的储存和扩散行为的影响。因此,采用基于密度泛函理论(Density functional theory,简称DFT)的第一性原理方法,对本征、单空位(Mono-vacancy,简称MV)缺陷、双空位(Double-vacancy,简称DV)缺陷和非金属原子(B/N/Si/P)掺杂BLG的储钠机理进行研究,为设计和研发具有优异储钠性能的双层、少层和结构修饰石墨烯负极材料提供理论指导。论文建立了BLG储钠模型,确定了Na原子在本征BLG中稳定储存在六边形碳环的中心位置,且层间储存更稳定;Na原子向基底BLG转移电子约0.71 e,表现出离子性结合;随着嵌入Na增多,AB堆垛BLG逐渐转变成AA堆垛,层间距随之增加;给出了Na的表面参考态计算方法,计算获得本征BLG稳定储钠容量为123.97 mAh/g;基于Na表面参考态获得的平均电势为0.260 V,高出金属参考态0.191 V;Na离子在层间的扩散能垒(0.32 eV)大于表面(0.17 eV);当Na吸附或嵌入后,使BLG表现出金属性,电子能够快速传导。对于MV缺陷BLG,Na原子储存在MV缺陷中心位置较稳定,且倾向于嵌入层间,Na储存前后MV缺陷BLG均呈现金属性;MV缺陷能够提高Na的离子化程度以及与BLG的结合能力,推迟Na嵌入结构由AB向AA堆垛转变,稳定储钠容量提高至382.54 mAh/g,电势降至0.5 V以下易形成Na团簇或枝晶;Na能够在表面和层间快速扩散至MV缺陷,较难脱离。对于DV缺陷BLG,Na原子储存在DV缺陷中心位置较稳定;Na吸附和嵌入体系的形成能及Na转移的电子数(0.895 e)与MV缺陷体系接近;Na储存后使体系导电性增加;缺陷浓度增加使Na在表面和层间储存稳定性增大,推迟了嵌入结构由AB向AA堆垛转变,表面扩散能垒明显提高;BLG稳定储钠容量提高至262.75 mAh/g,当电势低于0.7 V时容易产生Na团簇或枝晶;层间Na原子存在能提高了DV缺陷BLG表面捕获Na的能力。对于非金属掺杂BLG,B和N原子掺杂后BLG仍保持平面结构,而Si和P掺杂原子分别处在层间和外表面较稳定;Na与B掺杂BLG表面结合最稳定,与缺陷BLG相比较弱;储Na后体系带隙减小,呈现出金属性,电子传导增强;Na离子在P掺杂BLG表面的扩散能垒最小,而在层间扩散的扩散能垒最大;Na在B掺杂BLG中具有较强的结合能力和适中的扩散能垒,B掺杂BLG具有较好的综合性能。