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二維（2D）材料由于其固有的離子通道和豐富的離子位點，在高性能鋰離子電池材料中顯示出巨大的優勢。不幸的是，很少有2D 材料同時擁有滿足復雜場景所需的所有屬性，因此很有必要豐富鋰離子電池（LIB）的2D材料數據庫。

在此，清華大學張強教授、馬維剛副教授等人基于2D材料識別理論對用于LIB 的可行2D材料進行了高通量篩選。

首先，將具有熱力學穩定性的可剝離2D材料與無機晶體結構數據庫中的3D晶體區分開來，擴大了實用的離子電池2D材料（PTDIBs）的候選庫，其中選擇與鋰離子天然相容的2D材料作為PTDIBs的指標。最后，采用第一性原理計算驗證篩選出的PTDIBs并獲得它們在單層和堆疊結構中的電池性能，包括開路電壓、離子擴散勢壘和容量等。

圖1. 二維候選材料的高通量篩選流程

更重要的是，作者提出了利用離子在2D材料上的吸附性和可逆性之間的競爭機制的可用性識別框架，以幫助更深入地篩選可行的2D材料。

預計包括158個負極、21個正極和36個固體電解質在內的215種2D材料可用于LIB，已識別的2D材料與已知材料之間的比較驗證了該策略的可靠性。這項工作顯著豐富了2D材料的選擇，以滿足各種電池需求，并提供了一種通用方法來評估未開發的LIB可用的2D材料。

圖2. PTDIB 的可用性識別框架

Usability Identification Framework and High-Throughput Screening of Two-Dimensional Materials in Lithium Ion Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05920

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張強/馬維剛ACS Nano：鋰離子電池二維材料的可用性識別框架和高通量篩選

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張強/馬維剛ACS Nano：鋰離子電池二維材料的可用性識別框架和高通量篩選

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