The adsorption processes of Li⁺, Li, Mg²⁺, and Mg on twelve adsorbents (pristine and N/BN/Si-doped hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) molecules) were studied using density functional theory. The molecular electrostatic potential (MESP) analyses show that the replacement of C atoms of HBC by N/BN/Si units can provide a more electron-rich system than the parent HBC molecule. Li⁺ and Mg²⁺ exhibit strong adsorption on pristine and doped HBC molecules. The adsorption energy of cations on these nanoflakes (E_ads-1) was in the range of −247.44 (Mg²⁺/m-C₄₀H₁₈N₂ system) to −47.65 kcal mol⁻¹ (Li⁺/B₂₁H₁₈N₂₁ system). Importantly, our results suggest the weaker interactions of Li⁺ and Mg²⁺ with the nanoflakes as the MESP minimum values of the nanoflakes became less negative. In all studied systems, we observed electron donation from the nanoflakes to Li⁺ and Mg²⁺. For the metal/nanoflake systems, the adsorption energy of metals on the nanoflakes (E_ads-2) was in the range of −33.94 (Li/C₃₈H₁₈B₂N₂ system) to −2.14 kcal mol⁻¹ (Mg/B₂₁H₁₈N₂₁ system). Among the studied anode materials for lithium-ion batteries (LIBs), the highest cell voltage (V_cell) of 1.90 V was obtained for B₂₁H₁₈N₂₁. Among the studied anode materials for magnesium-ion batteries (MIBs), the highest V_cell value of 5.29 V was obtained for m-C₄₀H₁₈N₂. E_ads-2 has a significant effect on the variation of V_cell of LIBs, while E_ads-1 has a significant effect on the variation of V_cell of MIBs.

中文翻译：

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掺杂六环六苯并硼烯作为锂离子电池和镁离子电池的负极材料


采用密度泛函理论研究了 Li⁺、Li、Mg²⁺ 和 Mg 在 12 种吸附剂（原始和 N/BN/Si 掺杂的六环六苯并冠烯 （HBC） 分子）上的吸附过程。分子静电势 （MESP） 分析表明，用 N/BN/Si 单元取代 HBC 的 C 原子可以提供比母体 HBC 分子更富电子的系统。Li⁺ 和 Mg²⁺ 对原始和掺杂的 HBC 分子表现出很强的吸附性。阳离子在这些纳米薄片 （E_ads-1） 上的吸附能在 −247.44（Mg²⁺/m-C ₄₀H₁₈N₂ 系统）至 -47.65 kcal ^mol-1（Li⁺/B₂₁H₁₈N₂₁ 系统）的范围内。重要的是，我们的结果表明，随着纳米薄片的 MESP 最小值变得不那么负，Li⁺ 和 Mg²⁺ 与纳米薄片的相互作用较弱。在所有研究的系统中，我们观察到纳米薄片向 Li⁺ 和 Mg²⁺ 的电子捐赠。对于金属/纳米薄片系统，金属在纳米薄片 （E_ads-2） 上的吸附能在 -33.94 （Li/C₃₈H₁₈B₂N₂ 系统）到 -2.14 kcal ^mol-1 （Mg/B₂₁H₁₈N₂₁ 系统）的范围内。 在研究的锂离子电池 （LIB） 负极材料中，B₂₁H₁₈N₂₁ 的电池电压 （V_cell） 最高为 1.90 V。在研究的镁离子电池 （MIB） 负极材料中，m-C ₄₀H₁₈N₂ 的 V_电池值最高，为 5.29 V。E_ads-2 对 LIB 的 V_cell 变化有显著影响，而 E_ads-1 对 MIBs 的 V_cell 变化有显著影响。