鋰電池通常包含石墨碳作為負(fù)極材料。科學(xué)家已經(jīng)研究了碳納米網(wǎng)石墨二炔作為一種新穎的二維碳網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗m用于電池應(yīng)用。Graphdiyne和石墨烯相同平坦且薄，石墨烯是石墨的單原子層薄形式，但它具有較高的孔隙率和可調(diào)節(jié)的電子性能。在《AngewandteChemie》雜志上，研究人員描述了從量身定制的前體分子進(jìn)行簡(jiǎn)單的自下而上合成的過(guò)程。

碳材料是最常見(jiàn)的陽(yáng)極材料在鋰電池。它們的分層結(jié)構(gòu)允許鋰離子在電池循環(huán)過(guò)程中進(jìn)出層之間的空間，并具有高導(dǎo)電性的二維六邊形晶格，并且它們形成了穩(wěn)定的多孔網(wǎng)絡(luò)，可有效滲透電解質(zhì)。然而，結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)的微調(diào)是困難的，因?yàn)檫@些碳材料重要由自上而下的合成中的聚合碳物質(zhì)制備。

Graphdiyne是由兩個(gè)乙炔單元(名稱為diyne)橋接的六角形碳環(huán)組成的混合二維網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)建議將Graphdiyne作為用于分離同位素或氦氣的納米纖維膜。但是，其獨(dú)特的電子性能和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也使石墨二炔適用于電化學(xué)應(yīng)用。來(lái)自我國(guó)科學(xué)院北京的黃長(zhǎng)水及其同事研究了量身定制的電子調(diào)節(jié)石墨二炔衍生物的鋰儲(chǔ)存能力和電化學(xué)性能。

科學(xué)家通過(guò)自下而上的策略通過(guò)在銅箔上添加前體分子來(lái)合成石墨二炔衍生物，該前體分子自組織形成有序的分層納米結(jié)構(gòu)。作者使用含有具有有趣電子特性的官能團(tuán)的單體，制備了具有獨(dú)特電化學(xué)和形態(tài)學(xué)特性的功能石墨二炔。

這組作者報(bào)道說(shuō)，在這些官能團(tuán)中，發(fā)揮吸電子用途的官能團(tuán)減少了石墨二炔的帶隙并提高了其電導(dǎo)率。正如作者所報(bào)道的那樣，氰基基團(tuán)特別有效，當(dāng)用作陽(yáng)極材料時(shí)，氰基改性的石墨二炔顯示出優(yōu)異的鋰存儲(chǔ)能力，并且在數(shù)千個(gè)循環(huán)中穩(wěn)定。

相比之下，當(dāng)石墨二炔被龐大的官能團(tuán)(甲基)修飾后，該官能團(tuán)將電子供應(yīng)給石墨二炔網(wǎng)絡(luò)時(shí)，作者觀察到較大的層間距，這使材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此陽(yáng)極僅能承受幾次充放電循環(huán)。作者還將兩種改性的石墨二炔材料和空版本進(jìn)行了比較，其中只有氫占據(jù)了網(wǎng)絡(luò)中官能團(tuán)的位置。

作者得出結(jié)論，可以通過(guò)自下而上的策略來(lái)制備修飾的石墨二炔，該策略也最適合構(gòu)建用于電池，電容器和其他電催化裝置的功能二維碳材料結(jié)構(gòu)。