碳素材料與人類生活密切相關(guān)，而石墨炔類材料是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一類全新的碳素材料。在結(jié)構(gòu)上講，它是目前唯一一類通過化學(xué)法合成的，同時(shí)含有sp和sp2（分別表示兩種不同的原子軌道雜化方式）兩種雜化形式碳，并具有中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二維平面全碳材料。從性能上看，石墨炔類材料具有大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)異的導(dǎo)電性、豐富的分子孔道結(jié)構(gòu)以及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。上述獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)異的性能優(yōu)勢使得石墨炔有望廣泛應(yīng)用于能源存儲(chǔ)領(lǐng)域。　　近期，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所新型能源碳素材料團(tuán)隊(duì)與化學(xué)研究所李玉良課題組合作，將石墨炔類材料先后應(yīng)用于鋰離子電池、鈉離子電池、鋰離子電容器等能源存儲(chǔ)器件，并對(duì)其電化學(xué)性能及儲(chǔ)能機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)分析和系統(tǒng)研究。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果已先后發(fā)表。

　　新型能源碳素材料團(tuán)隊(duì)科研人員充分發(fā)揮石墨炔類材料可以通過化學(xué)法制備這一特點(diǎn)，嘗試采用“由下向上”雜原子化學(xué)摻雜合成策略，通過對(duì)聚合前體的化學(xué)裁減和結(jié)構(gòu)修飾，制備了氯摻雜石墨炔。采用化學(xué)摻雜法制備的摻雜石墨炔類材料具有雜原子分布均勻且含量及摻雜位置可控的特點(diǎn)。理論計(jì)算結(jié)果也證實(shí)，均勻分布于石墨炔二維平面結(jié)構(gòu)中的氯原子能夠更加有效地穩(wěn)定所嵌入的鋰原子。器件測試結(jié)果顯示，氯摻雜石墨炔用于鋰離子電池電極材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能及良好循環(huán)穩(wěn)定性，表明該類材料在能源存儲(chǔ)方面具有應(yīng)用前景。該部分工作發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. （2017, 56, 10740-10745）。

　　上述研究獲得了國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、中科院“百人計(jì)劃”、中科院前沿科學(xué)研究計(jì)劃以及山東省杰出青年基金等的支持。

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石墨炔材料在鋰離子電池(a,b)、鋰離子電容器(c)及鈉離子電池(d)中的應(yīng)用

氯雜石墨炔的結(jié)構(gòu)及在鋰離子電池中的應(yīng)用