高性能二维负极材料的开发是可充电离子电池应用的关键。本文基于第一性原理计算，系统研究了Mg和Al离子与二维Nb2N的相互作用，包括其几何构型、电子结构、离子扩散特性、开路电压和理论容量。Mg和Al离子均能吸附在二维Nb2N上，吸附能为负，表明金属与二维Nb2N有较强的结合作用，有利于在可充电离子电池中的应用。二维Nb2N的金属性能保证了离子电池良好的导电性。两种离子的扩散势垒均小于0.2 eV，说明其具有良好的充放电速率。此外，镁离子和铝离子电池均具有比较低的开路电压和高的理论容量。这些结果表明，二维Nb2N适合作为高性能的负极材料而应用于镁离子和铝离子电池。

通过第一性原理计算,研究在CO或SO2存在下,廉价金属Fe掺杂六方氮化硼(Fe-BN)对N2O还原反应的催化性能。从吸附构型与电子性质分析,发现N2O在Fe-BN的表面自发解离,这是衬底和N2O之间大量电荷转移所致,对N2O的吸附能也远大于CO或SO2,将有利于反应的进行。计算CO、SO2和N2O与O*的反应能垒分别为0.52 eV、1.06 eV和2.61 eV,N2O的反应能垒最高,表明此反应不会发生。Fe-BN对反应产物CO2的吸附较弱,通过反应过程释放的能量便可完成解吸,而反应产物SO3则不能,可见CO作为还原剂更有利。由此得出,Fe-BN是还原N2O的高活性催化剂。本研究为低成本、高活性的基于廉价金属掺杂六方氮化硼催化剂的开发开辟了新的途径。

基于密度泛函理论，采用了Dmol3模块对几种不同元素(Fe、Ni、Cu、Zn、Pd和Si)掺杂MoS2所形成的单原子催化剂的性能进行了第一性原理计算。首先分析了掺杂元素与载体之间的结合强度，发现Fe、Ni和Si与MoS2具有良好的结合稳定性。另外，分析了几种X-MoS2对CO催化氧化的性能，计算比较了对CO和O2的吸附能，遵循顺序如下：Pd＜Cu＜Ni＜Fe＜Si。其中，Si-MoS2表现出了优异的催化性质，对O2的吸附能最大且明显高于CO。通过E-R机理分析表明，这将有利于O2在催化活性位点被高效活化，保证下一步CO氧化反应的进行。通过局域态密度分析，与CO相比，在费米能级附近Si和O2产生的相互作用明显更强，其对O2的吸附作用也更强。Si掺杂MoS2具有成为CO氧化反应催化剂的潜力。