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，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所能源應(yīng)用技術(shù)分所研究員黃長水帶領(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，并對其電化學(xué)儲鋰性能及儲鋰機(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鋰性能研究以及探索新型碳素儲能材料提供了理論依據(jù)和實驗指導(dǎo)。實驗結(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)果從實踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲鋰能源材料。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“百人計劃”、“973”計劃和國家自然科學(xué)基金等項目支持。