二维AN3（A = Si, Sn）单层的稳定性和比较分析：基于第一性原理计算的洞察

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Stability and comparative analysis of two-dimensional AN3 (A = Si, Sn) monolayers as hosts for K-ion storage: insights from first-principles calculations

硅氮化物（SiN3）和锡氮化物（SnN3）单层材料作为钾离子电池负极的潜力通过第一性原理计算系统研究。两种材料均展现出高结合能（6.08/6.81 eV/atom）、优异机械动态热稳定性，且K-吸附体系具有金属特性（高电子导电性）和低离子扩散势垒（0.14/0.27 eV），理论容量分别达764.43/333.47 mAh g?1。

　　

基于硅（Si）和锡（Sn）的材料在绿色能源领域发挥着关键作用，其中硅由于具有高效率和广泛的可用性，成为太阳能电池板的主要成分。此外，硅和锡还被广泛研究作为锂离子电池（LIBs）、钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（KIBs）中的高容量阳极材料，以提高能源存储效率，从而支持可持续应用。在这项研究中，通过基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，系统地研究了SiN₃和SnN₃单层作为KIBs阳极材料的潜力。SiN₃和SnN₃单层分别表现出每原子6.08 eV和6.81 eV的高内聚能。根据理论计算结果，这两种单层材料都表现出优异的机械性能、动态稳定性和热稳定性。此外，我们的计算模拟表明，吸附了钾离子的AN₃（A = Si, Sn）体系表现出金属特性，从而具有优异的电子导电性。通过爬坡图像法（Cl-NEB）测得的钾离子扩散势垒非常低：SiN₃单层为0.14 eV，SnN₃单层为0.27 eV。值得注意的是，吸附的KSiN₃和KSnN₃单层提供了多个稳定的吸附位点，分别具有764.43 mAh g^-1和333.47 mAh g^-1的高理论容量。这项研究显著推进了钾离子电池高效阳极材料的设计。