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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Lee,&#x20;Hong&#x20;Woo</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Jung,&#x20;Hyun</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Yeo,&#x20;Byung&#x20;Chul</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Donghun</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Han,&#x20;Sang&#x20;Soo</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-01-19T22:00:29Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="available">2024-01-19T22:00:29Z</dcvalue>
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<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Black&#x20;phosphorus&#x20;has&#x20;recently&#x20;attracted&#x20;significant&#x20;attention&#x20;as&#x20;an&#x20;anode&#x20;material&#x20;for&#x20;sodium-ion&#x20;batteries&#x20;(SIBs);&#x20;however,&#x20;the&#x20;material&#x20;suffers&#x20;from&#x20;a&#x20;severe&#x20;volume&#x20;change&#x20;during&#x20;charge&#x2F;discharge&#x20;processes,&#x20;leading&#x20;to&#x20;poor&#x20;cycle&#x20;life.&#x20;To&#x20;overcome&#x20;this&#x20;drawback&#x20;of&#x20;black&#x20;phosphorus,&#x20;a&#x20;phosphorene&#x2F;graphene&#x20;(P&#x2F;G)&#x20;heterostructure&#x20;was&#x20;recently&#x20;proposed,&#x20;but&#x20;no&#x20;atomistic&#x20;understanding&#x20;of&#x20;the&#x20;sodiation&#x20;mechanism&#x20;has&#x20;yet&#x20;been&#x20;reported.&#x20;In&#x20;this&#x20;work,&#x20;we&#x20;report&#x20;an&#x20;atomistic&#x20;mechanism&#x20;for&#x20;the&#x20;sodiation&#x20;of&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;hybrid&#x20;material&#x20;based&#x20;on&#x20;first-principles&#x20;calculations.&#x20;The&#x20;layered&#x20;structure&#x20;of&#x20;P&#x2F;G&#x20;is&#x20;maintained&#x20;up&#x20;to&#x20;the&#x20;composition&#x20;of&#x20;Na0.25P&#x2F;G,&#x20;which&#x20;can&#x20;be&#x20;referred&#x20;to&#x20;as&#x20;an&#x20;intercalation&#x20;process;&#x20;however,&#x20;above&#x20;that&#x20;composition,&#x20;further&#x20;sodiation&#x20;leads&#x20;to&#x20;the&#x20;dissociation&#x20;of&#x20;P-P&#x20;bonds&#x20;and&#x20;the&#x20;formation&#x20;of&#x20;an&#x20;amorphous&#x20;NaxP&#x2F;G&#x20;structure&#x20;where&#x20;the&#x20;graphene&#x20;layers&#x20;are&#x20;not&#x20;broken&#x20;and&#x20;no&#x20;Na&#x20;atoms&#x20;intercalate&#x20;into&#x20;the&#x20;spaces&#x20;between&#x20;two&#x20;graphene&#x20;layers,&#x20;which&#x20;is&#x20;referred&#x20;to&#x20;as&#x20;an&#x20;alloying&#x20;process.&#x20;According&#x20;to&#x20;our&#x20;first-principles&#x20;calculation,&#x20;the&#x20;graphene&#x20;layers&#x20;in&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;material&#x20;provide&#x20;a&#x20;buffer&#x20;layer&#x20;to&#x20;accommodate&#x20;the&#x20;volume&#x20;expansion&#x20;of&#x20;the&#x20;material&#x20;during&#x20;sodiation&#x20;(30%&#x20;lower&#x20;than&#x20;that&#x20;in&#x20;the&#x20;case&#x20;of&#x20;black&#x20;phosphoros)&#x20;without&#x20;sacrificing&#x20;the&#x20;specific&#x20;capacity.&#x20;On&#x20;the&#x20;basis&#x20;of&#x20;calculations&#x20;of&#x20;carrier&#x20;effective&#x20;masses&#x20;based&#x20;on&#x20;the&#x20;band&#x20;structures&#x20;calculated&#x20;by&#x20;a&#x20;hybrid&#x20;density&#x20;functional&#x20;theory&#x20;at&#x20;the&#x20;HSE06&#x20;level,&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;material&#x20;exhibits&#x20;electrical&#x20;conductivity&#x20;superior&#x20;to&#x20;that&#x20;of&#x20;black&#x20;phosphorus,&#x20;in&#x20;which&#x20;graphene&#x20;layers&#x20;in&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;can&#x20;provide&#x20;an&#x20;electrical&#x20;conducting&#x20;channel&#x20;even&#x20;at&#x20;a&#x20;high&#x20;sodiation&#x20;level&#x20;because&#x20;the&#x20;graphene&#x20;layers&#x20;are&#x20;maintained&#x20;up&#x20;to&#x20;full&#x20;sodiation.&#x20;Moreover,&#x20;first-principles&#x20;molecular&#x20;dynamics&#x20;simulations&#x20;demonstrate&#x20;that&#x20;graphene&#x20;layers&#x20;in&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;provide&#x20;facile&#x20;diffusion&#x20;channels&#x20;for&#x20;Na&#x20;atoms&#x20;in&#x20;highly&#x20;sodiated&#x20;NaxP&#x2F;G,&#x20;although&#x20;the&#x20;effect&#x20;is&#x20;not&#x20;significant&#x20;during&#x20;the&#x20;intercalation&#x20;process.&#x20;On&#x20;the&#x20;basis&#x20;of&#x20;these&#x20;results,&#x20;we&#x20;can&#x20;expect&#x20;that&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;heterostructure&#x20;has&#x20;superior&#x20;cycling&#x20;properties&#x20;and&#x20;high&#x20;rate&#x20;capabilities&#x20;and&#x20;that&#x20;the&#x20;P&#x2F;G&#x20;hybrid&#x20;material&#x20;can&#x20;indeed&#x20;be&#x20;a&#x20;promising&#x20;material&#x20;for&#x20;the&#x20;anode&#x20;of&#x20;practical&#x20;SIBs.</dcvalue>
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