单层石墨烯表面钠原子吸附行为的第一性原理

构建了3种典型的石墨烯吸附钠原子模型(Na_xC_(72)(1≤x≤7)),采用密度泛函理论对其进行了系统计算,研究了最低能量构型的吸附能、平均电压、重叠布居以及原子布居、电荷密度差分、电子局域密度和态密度等性质。通过吸附能确定石墨烯表面最可能的钠原子吸附形式,当钠原子吸附数量x5时,钠原子优先以双面吸附的形式吸附于石墨烯表面;当x≥5时,钠原子以团簇的形式吸附于石墨烯表面。平均电压计算结果表明,随着x的增加,平均电压先降低后出现升高趋势,对应x=4时石墨烯吸附钠的最大容量达124 mAh/g。电荷密度差分、电子局域密度及Mulliken布居分析表明,临近石墨烯表面的钠原子3s电子转移至石墨烯的反键π轨道,钠原子和碳原子之间形成弱离子键,距离石墨烯表面较远的钠原子3s电子与周围钠原子共享,钠原子之间形成金属键。态密度计算结果表明,随着x的增加,Na_xC_(72)(1≤x≤7)的费米能级向石墨烯反键π轨道移动,导电性增强。