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編者按：近期，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)前驅(qū)體控制、化學(xué)鍵合、熱處理等方式引入特定的功能基團(tuán)來(lái)準(zhǔn)確調(diào)控碳材料能隙、電子遷移率、層間距、晶體堆積方式和比表面積等可影響離子存儲(chǔ)或遷移性能的內(nèi)在特性，進(jìn)而制備出電化學(xué)性能更好的儲(chǔ)能材料。

以碳材料為電極材料的儲(chǔ)能器件表現(xiàn)出的超高的儲(chǔ)能容量、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和成本低及環(huán)境優(yōu)好等優(yōu)勢(shì)，在能源存儲(chǔ)方面具有潛在發(fā)展空間。特別是石墨炔、石墨烯等二維碳材料具有高度共軛的碳骨架、二維層狀平面結(jié)構(gòu)、均勻分布的孔隙及較大的孔道構(gòu)造，能夠?yàn)閮?chǔ)能離子提供豐富的吸附位點(diǎn)和暢通的遷移通道，在儲(chǔ)能領(lǐng)域擁有廣泛應(yīng)用前景。

近期，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所碳基材料與能源應(yīng)用研究組研究發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)前驅(qū)體控制、化學(xué)鍵合、熱處理等方式引入特定的功能基團(tuán)來(lái)準(zhǔn)確調(diào)控碳材料能隙、電子遷移率、層間距、晶體堆積方式和比表面積等可影響離子存儲(chǔ)或遷移性能的內(nèi)在特性，進(jìn)而制備出電化學(xué)性能更好的儲(chǔ)能材料。

研究人員以石墨炔為例，使用化學(xué)修飾的前體通過(guò)交叉偶聯(lián)反應(yīng)合成一系列具有氫、甲基和氰基等不同功能基團(tuán)修飾的石墨炔衍生物。不同功能基團(tuán)的引入，引起包括能隙、層間距和微觀結(jié)構(gòu)在內(nèi)的特性發(fā)生明顯變化，進(jìn)而顯著影響到鋰離子電池的存儲(chǔ)容量。與石墨炔、氫修飾的石墨炔和甲基修飾的石墨炔相比，氰基修飾的石墨炔的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能提高最為顯著，在電流密度為50 mAg-1時(shí)，可逆容量高達(dá)1612 mAhg-1，且氰基修飾的石墨炔因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)更有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)散與傳輸，賦予其非常好的倍率性能及超高的穩(wěn)定性能。

該研究為精確調(diào)節(jié)碳材料的電子結(jié)構(gòu)和性能提供了有效策略，為石墨炔家族儲(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)。

相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿項(xiàng)目、青島能源所重點(diǎn)部署項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金等資助。 


原標(biāo)題：青島能源所引入不同功能基團(tuán)調(diào)控碳基材料的儲(chǔ)鋰性能