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摘要
在能源危机与环境污染问题日益严峻的背景下,探索新型的高性能能量存储和转化材料成为当今材料科学界研究的热点.近年来,有关新型能量存储和转化材料的预测、合成和性能研究取得了突飞猛进的进展;但同时如何提高能量的转化效率以及材料的循环性能和安全性能是制约其实际应用的瓶颈.另一方面,基于密度泛函方法的理论计算在揭示微观反应机理和筛选高性能的能量存储和转化材料方面发挥了重要的作用.通过理论计算能够从原子尺度上建立材料的本征属性与能量存储和转化性能之间的关系,为筛选高性能能量存储和转化材料提供重要的理论依据.本文首先从锂离子电池、燃料电池等能源器件所涉及的电化学反应出发,回顾二维材料在这些电化学反应中的应用,进一步探讨二维材料的电子结构与其化学反应性能之间的关系,并总结目前提出的用于化学反应性能的描述符并阐述其具体的应用领域,最后指出目前理论计算在研究能量存储及转化材料上存在的不足和未来的发展方向.
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