硼磷烯基二维材料作为离子电池阳极材料的第一性原理研究进展

硼磷烯是由B4P2六元环和B2P4六元环交替组成的一种类石墨烯的新型的二维平面材料。其独特的几何结构和电子性质使其具有优异的电化学性质。硼磷烯基二维材料具有较大的比表面积，自然终止表面无悬挂键，以及较高的吸附能，这为碱金属离子提供大量的吸附位点，从而有望极大地提高离子电池的理论容量。同时，硼磷烯基二维材料通常具有较小的扩散势垒。因此，硼磷烯基二维材料在电化学储能方面有较大的应用前景，有望成为碱金属离子电池的阳极材料。基于第一性原理，本文系统总结了硼磷烯基二维材料作为阳极材料的研究进展，包括其固有的结构、性质、在各种金属离子电池和锂硫电池中的应用性能等。

自19 世纪中叶以来，各种类型的电化学电池被广泛应用于各个领域。但随着及电动汽车、可穿戴电子设备和电网系统的快速发展，使得以锂离子电池(LIBs)为首的离子电池成为最好的解决方案。LIBs 最突出的特点包括可逆的存储容量[1]、高功率密度[2]、无污染和较长的生命周期[3]。然而，锂资源的稀缺性和不均匀分布，严重阻碍了LIBs [4] [5]的大规模应用。同时，LIBs 的逐步提高的储存容量开始渐渐无法满足高速进步中的电子器件的需求，这可以部分归因于金属离子电池阳极材料较慢的发展[6]。石墨作为目前LIBs 最常用的阳极材料[7]， 尽管其容量较低， 但由于其相对较好的循环稳定性和较低的成本， 仍是商业锂离子电池中首选的阳极材料[8] [9] [10]。

非锂离子电池(NLIBs)， 例如， 钾(K) [11] [12]、钠(Na) [13]、钙(Ca) [14]、镁(Mg) [15]和铝(Al)离子[16]电池因为其较低的成本、更好的安全性和适宜的氧化还原电位被认为是传统锂电池的替代品。

与LIBs 类似，电极材料在纳米的电化学性质中起着关键作用，NLIBs 的阳极材料由于其较大离子半径等原因发展也十分缓慢。在这种情况下，寻找新的阳极材料是非常可取的方法之一。

自从石墨烯[17]的成功合成以来， 二维(2D)材料由于其奇特且通常更为优越的电子、光学和力学性能， 提高了许多设备与技术的效率和性能，已经发展成为最具有潜力的新时代材料之一。其优势在于其较大的比表面积和独特的电子结构，这可以为金属离子的存储提供许多吸附位点，并为离子的快速扩散提供条件。

这种独特的电化学特性促进了它们在储能[18]、光催化[19]、太阳能转换[20]和电催化反应[21]等领