[发明专利]一种MoS2

权利要求书

1.一种MoS₂/graphene/MoS₂三明治结构及Na离子电池容量预测方法，其特征在于，MoS₂，空间群P63/mmc和石墨烯，空间群P63/mmc结构类似，性质却有很大不同，MoS₂为间接带隙半导体，带隙为1.29eV，是通过弱范德华力作用的S-Mo-S片层构成，二者如何构成稳定的结构模型是首先要通过计算确定的，其步骤包括：

1)初步确定晶体原子成分比例：通过石墨烯晶格参数：MoS₂晶格参数：层间作用力为弱范德华(VDW)相互作用，若考虑到晶格匹配问题，构建了由5×5个石墨烯单元层，4×4个MoS₂单元层，将晶格失配率减小到2％以下；

2)在Masterial Studio软件包中分别导入石墨烯，graphene晶胞和MoS₂模型，保持原始晶胞晶格常数不变，建立5×5和4×4超晶胞；

3)分别处理刚建立的超晶胞构建(0 0 1)方向的表面，在z轴方向上均只留一个原子层的厚度；

4)对第三步得出的石墨烯graphene表面和MoS₂表面合成创建新的layers层结构，命名为MoS₂/graphene/MoS₂，简写为mgm结构；该层结构晶格参数为a＝1.25nm，b＝1.25nm，c＝1.26nm，初始晶胞参数的变动范围在上下浮动2％以内，初步构建的MoS₂/graphene/MoS₂三明治结构模型图，此时通过build layers工具搭建的MoS₂-MoS₂层间距为

5)初步优化后发现MoS₂-MoS₂的层间距稳定在附近，因此在层间距搜寻该结构能量最低点，表示系统总能量最低点为5476.61664kcal/mol，对应层间距为相比未插入石墨烯graphene层时MoS₂-MoS₂的层间距可见石墨烯层的插入显著增加了MoS₂-MoS₂的层间距；

6)采用forcite工具进行结构优化，得MoS₂/graphene/MoS₂三明治稳定结构，此时MoS₂-MoS₂的层间距为

7)石墨烯层插入少量的羟基或羧基；最终确定的模型；

8)层间距的实验测定可以通过xrd衍射数据来表征，可见双层MoS₂的主峰向小角度偏移，并且出现对称的两个副主峰，强度大小稍有差别是添加的羟基和羧基影响，在实验过程中可以通过峰的偏移情况来判断层间距的变化与理论模型相对应比较；

9)在最终模型中添加1个Na原子，在forcite模块下进行分子动力学模拟计算，在案例中，实施步骤是再次扩大晶胞为5×5，取1fs的步长，先进行NPT系宗的2000步模拟，在进行NVT系宗的2000000步模拟，计算完毕对计算的xtd文件进行分析出MSD(mean squaredisplacement)，能量稳定时，选取中间部分拟合出选定对象的MSD的斜率，斜率除以6即为Na/Li原子在材料中的简单扩散系数；

10)通过计算了Na原子的扩散系数与层间距的关系，发现在层间距为体系稳定性最好时Na原子的自扩散系数最大，扩散性最好，此数据还可以得出当层间距变小比层间距变大时对Na原子的自扩散系数影响要大；

11)为比较MoS₂的中加入石墨烯graphene插层后，扩大了的层间距在增加Na原子嵌入量中的作用，计算了不同数量的Na原子在分别嵌入两种超晶胞内时的形成能；

12)对于原始MoS₂，层间距计算了在嵌入1，2，4，8，12，16，20，和24个Na原子，对应Na_xMoS₂中容Na率分别为0.06，0.125，0.25，0.5，0.75，1，1.125和1.5；而对于MoS₂/graphene/MoS₂，层间距计算Na原子嵌入数为1，2，4，8，12，16，20，24，28，32，和48个，得到容Na率分别为0.06，0.125，0.25，0.5，0.75，1，1.125和1.5，1.75，2和2.5；

13)显示原始MoS₂中Na的形成能开始为负值，这表明MoS2层和Na之间有更有利的放热反应，嵌入数为20时转变为正值，形成能表明此时不利于Na嵌入，对应于原始MoS₂层中实验值开路电压(open-circuit voltage简写OCV)的从x＝1～1.11之间变为负是吻合的，而MoS₂/graphene/MoS₂中形成能随着Na原子嵌入数量变化到50个才为正值，此时容Na率为3倍，表明graphene层的插入，加大了MoS₂层间距，显著的提高了理论上MoS₂层间的容Na倍率。