石墨炔，是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一種新的全碳納米結(jié)構(gòu)材料。它是由sp和sp2雜化形成的一種新型碳的同素異形體，是由1，3-二炔鍵將苯環(huán)共軛連接形成的具有二維平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全碳材料，具有豐富的碳化學(xué)鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，被譽(yù)為是最穩(wěn)定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)及類似硅優(yōu)異的半導(dǎo)體性能，石墨炔有望可以廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體以及新能源領(lǐng)域。
理論研究表明石墨炔是一種非常理想的儲(chǔ)鋰材料，理論容量達(dá)744mahg-1，多層石墨炔理論容量可達(dá)1117mahg−1(1589mahcm−3)，且其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)更有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)散和傳輸，這樣賦予其非常好的倍率性能。
最近，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所能源應(yīng)用技術(shù)分所研究員黃長(zhǎng)水帶領(lǐng)的研究小組，與中科院化學(xué)研究所研究員李玉良合作，首次將石墨炔應(yīng)用于鋰離子電池電極材料，并對(duì)其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能及儲(chǔ)鋰機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，闡明了石墨炔結(jié)構(gòu)、形貌與其電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系，探索了石墨炔材料在鋰電池中的應(yīng)用，這些研究為石墨炔家族的儲(chǔ)鋰性能研究以及探索新型碳素儲(chǔ)能材料提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明石墨炔均一的孔徑結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的電子導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性賦予石墨炔較高的容量、優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)壽命等方面優(yōu)良的電化學(xué)性能。以上合作研究結(jié)果從實(shí)踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲(chǔ)鋰能源材料。相關(guān)研究成果發(fā)表在nanoenergy,2015,11,481-489;chem.commun.,2015,51,1834-1837。
上述研究獲得了中科院“百人計(jì)劃”、“973”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
