Single-Layer Dititanium Oxide Ti 2 O MOene: Multifunctional Promises for Electride, Anode Materials, and Superconductor

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作者
Yan Luo,Tao Bo,Bao‐Tian Wang,Sergei Tretiak,Liujiang Zhou
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (1): 494-500 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.0c03397
摘要

Using the first-principles calculations, we report the existence of the single-layer (SL) dititanium oxide Ti 2 O (labeled as MOene) that constructs a novel family of MXene based on transition-metal oxides. This MOene material strongly contrasts the conventional ones consisting of transition-metal carbides and/or nitrides. SL Ti 2 O has high thermal and dynamical stabilities because of the strong Ti–O ionic bonding interactions. Moreover, this material is an intrinsic electride and exhibits extremely low diffusion barriers of ∼12.0 and 6.3 meV for Li and Na diffusion, respectively. When applied as anode materials in lithium-ion batteries and sodium-ion batteries, it possesses a high energy storage capacity (960.23 mAhg –1 ), surpassing the traditional MXenes-based anodes. The superb electrochemical performance stems from the existing anionic electron on Ti 2 O surface. Astonishingly, SL Ti 2 O is also determined to be a superconductor with a superconducting transition temperature ( T c ) of ∼9.8 K, which originates from the soft-mode of the first acoustic phonon branch and enhanced electron–phonon coupling in the low-frequency region. Furthermore, this soft-mode behaves much softer upon applying a compressive strain of 2%, leading to a higher T c of 11.9 K. Our finding broadens the family of MXenes and could facilitate more experimental efforts toward future nanodevices.
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