石墨炔纳米材料的制备及在电化学能源中的应用

高 娟，孙全虎，2，黄长水，2

（1.中国科学院青岛生物能源与过程研究所,青岛266101；2.中国科学院大学,材料与光电研究中心,北京100049）

碳是人类接触最早的元素之一，新型碳结构的发现与合成对推动材料科学研究的发展具有重要意义. 尤其是在电化学能源领域方面的应用，碳材料不断受到越来越多的关注［1～5］. 碳的同素异形体，如石墨、碳纳米管、石墨烯及石墨炔（GDY）等，已被用做电极材料广泛应用于电化学能源领域［4，6～14］.

与其它由sp2或sp3杂化碳结构组成的碳材料不同，石墨炔是由苯环（sp2碳）和炔键（sp碳）连接构成的二维平面结构材料. 石墨炔于2010年由Li等［15～17］在铜箔表面通过六炔基苯的原位交叉偶联反应首先制备得到. 由于石墨炔平面独特孔道结构和电子性质，金属离子在与石墨炔平面平行和垂直的方向上都能实现很好的扩散迁移［18～21］. 目前许多理论和实验研究已报道石墨炔均表现出优异的锂离子和钠离子储存能力［22～30］. 理论计算表明，石墨炔结构中碳碳三键的存在可以有效地锚定多种金属元素，实现对石墨炔进行掺杂，调节石墨炔的物理化学性质. 同时，制备不同纳米形貌和结构（如纳米墙、纳米片、纳米薄膜等）能够为石墨炔提供独特的分级和多孔结构：（1）组成中大量的大孔、中孔和微孔可以有效提高石墨炔的比表面积，同时提供了大量的活性位点；（2）独特的纳米结构能够有效减短离子传输距离，从而达到较高的功率密度；（3）改善了界面相容性，有利于电解液更……