Triazine- and Keto-Functionalized Porous Covalent Organic Framework as a Promising Anode Material for Na-Ion Batteries: A First-Principles Study

阳极 材料科学 锂(药物) 带隙 电化学 半导体 纳米技术 双层 化学工程 化学 光电子学 物理化学 电极 医学 生物化学 工程类 内分泌学
作者
Biswajit Ball,Pranab Sarkar
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (29): 15870-15878 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c02770
摘要

Because of the low cost and plentiful resources of sodium as compared to lithium, sodium-ion batteries (SIBs) are becoming promising alternatives to lithium-ion batteries for large-scale electrochemical energy storage applications. However, the non-availability of appropriate anode materials restricts the use of SIBs. We have herein made an attempt to investigate the suitability of a triformylphloroglucinol (TP) and triazine triamine (TT)-based bilayer organic framework (TPTT) as an anode material for SIBs using density functional theory-based computations. Our study reveals that the bilayer TPTT is a direct band gap semiconductor with a band gap value of 2.64 eV. The triazine framework undergoes a transition from semiconductor to metal after adsorption of sodium at the most favorable carbonyl oxygen (C═O) site, thus ensuring good electrical conductivity. The good electrical conductivity, moderate diffusion barrier (0.56 eV), high theoretical specific capacity (855 mA h/g), average voltage (0.43 V) in the range required for suitable anode materials (0.1–1.00 V), and structural flexibility compel us to infer that the bilayer TPTT may be a potential candidate as an anode material for SIBs.

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