随着对锂离子电池以外先进储能系统的需求日益增长，由于钠和钾资源丰富且成本低廉，钠离子和钾离子电池引起了广泛关注。然而，如何找到同时具备高容量、快速离子扩散和强结构稳定性的负极材料仍是一个重大挑战。本文研究了MoScP2Se6单层材料在Na+和K+通过第一性原理密度泛函理论计算，对碱金属离子电池中的聚阴离子桥联硫属化物框架进行了系统研究。该聚阴离子-跨链桥硫属化物框架为碱金属离子传输提供了本征结构稳定性和宽阔的扩散通道。300K下的从头算分子动力学模拟及声子色散分析证实了优异的热力学和动力学稳定性。电子结构计算揭示了由Mo 4d和Se 4p态主导的本征金属性，从而实现了高效的电子传输。理论比容量达到713 mAh g−1（Na+）和687 mAh g−1（K+）的性能指标，其数值超过许多已报道的二维负极材料。此外，Na+的0.18–0.22 eV低迁移势垒和K+的0.11–0.14 eV低迁移势垒表明其具有快速离子扩散特性和优异的倍率性能。这些发现凸显了MoScP2Se6作为新一代碱离子电池极具前景的高倍率阳极候选材料。
能源生产或从自然源获取能量，始终是人类发展进程中持续探索的领域。在当今时代，确保清洁可持续的能源供应已成为重大科技挑战[1]。全球蓬勃增长的能源需求，催生了开发可再生能源的可持续解决方案[[2], [3], [4]]。储能系统（ESSs）对于捕获过剩可再生能源并在发电不足时释放能量具有关键作用[5]。廉价、高能量密度电池是电网储能和可再生能源设施的迫切需求。氢能存储[6,7]与电池技术[[8], [9], [10]]是当前可行的储能系统选项。可充电锂离子电池(LIBs)因其在智能手机、笔记本电脑至电动汽车等设备中的卓越储能能力而主导现有市场。然而，LIBs成本高昂且存在安全隐患[11]，全球锂资源供应的局限性可能严重制约其长期使用。这一现实促使人们寻求基于储量丰富、成本低廉、环境友好元素的替代方案[12]。 钠离子电池（SIBs）与钾离子电池（KIBs）已成为替代锂离子电池的主要候选体系，这归因于钠、钾元素储量丰富、成本低廉、具备快速充电能力且提供优异的存储容量[[13], [14], [15], [16]]。然而此类电池系统的成功应用取决于最佳电极材料的发掘[17]。理想的锂/钠/钾离子电池负极材料必须满足以下优越电化学特性：对Li+、Na+、K的高吸附能及低扩散势垒+实现快速离子传输与快速充电、高理论容量以及长循环寿命的特性[[18], [19], [20], [21]]。 2004年通过石墨机械剥离法成功分离出石墨烯[22,23]，这标志着二维材料在储能应用研究中的一个转折点。石墨烯基锂离子电池电极材料的优异性能[18]，引发了人们对其他二维材料的广泛兴趣。这包括过渡金属二硫属化物（TMDs）[[24], [25], [26]]、黑磷[27,28]以及其他几种层状材料，这些材料具有可调控的电子特性和有利的结构特征。其原子级薄层形态有利于离子的快速扩散，而巨大的比表面积则为离子存储提供了丰富的活性位点[[29], [30], [31], [32]]。在该材料家族中，过渡金属三硫属磷化物MPX3(M = Co、Mn、Fe、Ni；Ch = S、Se)这类化合物尤其值得关注，因其成本低廉且易于获取。这些化合物通过范德华力[[33], [34], [35], [36]]形成二价金属阳离子(M2+)与[P2Ch6]4-阴离子的层状堆叠结构。 近期研究凸显了M型化合物卓越的电化学潜力。例如，Ni基材料通过转化反应生成金属镍纳米颗粒和硫代磷酸钠[37]，在钠离子电池中实现了621 mAh g<sup>-1</sup>的可逆容量（1 A g<sup>-1</sup>电流密度下循环190次）。在相同测试条件下，Fe基保持540 mAh g<sup>-1</sup>的比容量经过250次循环后[38]。锡(Sn)设立了更高的性能基准：与石墨烯复合的剥离态锡(Sn)纳米片(SPS/G)在厚度约10纳米时可达到1230 mAh g<sup>-1</sup>的比容量在50 for 190 cycles in SIBs, enabled by conversion reactions that generate metallic Ni nanoparticles and sodium phosphosulfides [37]. Under similar conditions, FePS retains 540 mAh g after 250 cycles [38]. SnPS sets an even higher benchmark: ∼10 nm exfoliated SnPS nanosheets combined with graphene (SPS/G) reach 1230 mAh g at 50 226226−1−1226−1226226−1mAg−1，可持续提供200 mAh g的比容量在15 A g的电流密度下，并在2 A g的电流密度下经过1000次循环后仍保持76%的容量；在与Na匹配的全电池中F阴极可提供470 mAh g<sup>-1</sup>的比容量在30毫安/克的电流密度下以及360毫安时/克的比容量)在150毫安/克的电流密度下[39]。M家族的其他若干成员，包括MnPSe以及FePSe研究人员已成功合成并检测了其电化学与传感特性，进一步证实了这类层状材料的结构可靠性与功能多样性[40]。这些研究为深入探索M型化合物的潜力及揭示其内在机制奠定了基础。型化合物及其潜在作用机制的深入研究奠定了基础。PX family, including MnPSe and FePSe, have been synthesized and examined for their electrochemical and sensing properties, further confirming the structural reliability and functional versatility of this class of layered materials [40]. These studies paved the way for further exploration of the potential of MPX-type compounds and for identifying the underlying mechanism.−1−1−132243−1−1−1−122633226 本工作采用密度泛函理论（DFT）计算方法来探究MoScP2Se6一种混合金属类似物，作为钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（KIBs）的阳极材料。本研究旨在为理解双阳离子配位在磷硫族化物框架中对离子存储行为与电荷传输现象的作用机制提供理论基础。我们的密度泛函理论（DFT）计算结果表明，MoScP2Se6具有热力学稳定性、本征金属性（有利于电荷传输）以及适宜的碱金属离子吸附能和低扩散势垒。本研究首次对MoScP2Se6作为钠/钾离子电池双功能负极材料进行了全面研究，彰显了混合金属磷硫族化合物在下一代高性能储能系统中的应用前景。
