通过构建异质结构，可以提高电极材料的电化学性能。本研究使用第一性原理计算方法建立了由 C4N 单层和石墨烯 （C4N/Gra） 组成的垂直异质结构。计算的形成能、结合能、声子谱曲线和系统的分子动力学模拟表明，构建的异质结构能够稳定存在。此外，构建的异质结构的机械性能优于单个 C4N 单层和石墨烯的机械性能。此外，C4N/Gra 异质结构具有明显较窄的带隙和扩大的层间间距，这是其用作负极材料的有利条件。结果表明，所研究的锂离子电池、钠离子和 K 离子电池中异质结构的理论比容量分别为 792、853 和 853 mAh/g，平均开路电压为 1.297、0.922 和 0.795 V。值得注意的是，计算出的 Li、Na 和 K 离子的最小扩散能垒为 0.32、0.10 和 0.06 eV， 分别，对于由轻推松紧带技术确定的各种扩散途径。与其他异质结构相比，C4N/Gra 异质结构具有高比容量、低迁移壁垒和高倍率性能。这些优异的性能表明 C4N/Gra 异质结构是锂、钠和钾离子电池负极电极材料的有前途的候选者。



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