Optimizing Electron Spin‐Polarized States of MoSe2/Cr2Se3 Heterojunction‐Embedded Carbon Nanospheres for Superior Sodium/Potassium‐Ion Battery Performances

异质结 材料科学 电子 凝聚态物理 光电子学 反铁磁性 兴奋剂 密度泛函理论 离子 费米能级 纳米技术 化学 物理 计算化学 有机化学 量子力学
作者
Xianchao Wang,Xuan Zhang,Ye Chen,Jinqiao Dong,Jing Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (30) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202312130
摘要

Abstract The principal challenges faced by sodium‐ion batteries (SIBs) and potassium‐ion batteries (KIBs) revolve around identifying suitable host materials capable of accommodating metal ions with larger dimensions and addressing the issue of sluggish chemical kinetics. Herein, a MoSe 2 /Cr 2 Se 3 heterojunction uniformly embedded is fabricated in nitrogen‐doped hollow carbon nanospheres (MoSe 2 /Cr 2 Se 3 @N‐HCSs) as an electrode material for SIBs and KIBs. Cr 2 Se 3 exhibits spontaneous antiparallel alignment of magnetic moments. Mo 2+ doping is employed to regulate the electron spin states of Cr 2 Se 3 . Moreover, the MoSe 2 and Cr 2 Se 3 heterojunctions induce a lattice mismatch at the heterostructure interface, resulting in spin‐polarized states or localized magnetic moments at the interface, potentially contributing to spin‐polarized surface capacitance. MoSe 2 /Cr 2 Se 3 @N‐HCSs demonstrate a high capacity of 498 mAh g −1 at 0.1 A g −1 with good cycling stability (capacity of 405 mAh g −1 and a coulombic efficiency of 99.8% after 1000 cycles). Additionally, density functional theory (DFT) calculations simulate the accumulation of spin‐polarized charges at the MoSe 2 /Cr 2 Se 3 @N‐HCSs heterojunction interface, dependent on the surface electron density of the antiferromagnetic Cr 2 Se 3 and the surface spin polarization near the Fermi level. After regulating the electron spin states through Mo‐doping, the band gap of the material decreases. These significant findings provide novel insights into the design and synthesis of electrode materials with exceptional performance characteristics for batteries.

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