发展高性能电化学储能器件在人类的社会活动中越来越重要，电极材料作为电化学储能器件的核心部分，一直是研究的焦点。石墨炔 (Graphdiyne, GDY)是一种由sp和sp2共杂化的新型二维碳同素异形体，它富含炔烃和高度π共轭的框架，具有均匀的本征孔隙、良好的导电性以及优异的化学稳定性和机械稳定性，在电化学储能和转换中具有广阔的应用前景。 然而，通过传统合成方法多相催化获得的GDY通常以无序层间堆叠存在，在有效缩短锂扩散途径和加速锂扩散速度方面仍然具有广阔的发展空间。 近日，北京化工大学的范红玮教授、华北电力大学的彭曼华教授以及汉诺威大学的张琳教授合作，以GDY材料为研究对象，通过绿色简单的醇热法合成了具有高度有序AA堆叠HsGDY材料用于高性能的锂离子电池。相关成果以“AA-Stacked Hydrogen-Substituted Graphdiyne for Enhanced Lithium Storage”为题发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上，文章第一作者是北京化工大学硕士研究生刘媛媛。
在乙酸铜一水合物（Cu（OAc）2·H2O）的均相催化体系中，并通过密度泛函理论（DFT）验证，三乙炔基苯（TEB）偶联成具有六边形孔的规则HsGDY环状结构。随后，均相溶液中更多的TEB分子参与偶联反应，连续生长成HsGDY纳米片。最后，TEB在HsGDY纳米片层间强π-π的相互作用下，形成了层间相互作用更强的AA堆叠HsGDY的有序结构。 高度有序的HsGDY结构使锂能够通过更为规整的孔通道从而实现快速转移，同时，DFT 理论模拟计算表明，与任意堆叠相比，该结构能有效降低锂离子吸附能垒，具有更强的吸附能力，从而有利于获得更高的电化学性能。 最终，该晶态有序的AA堆叠HsGDY结构在锂离子电池应用中表现出高的比容量，优异的倍率性能和良好的循环稳定性。该工作为高性能GDY基电极材料的合成和理解有序堆叠GDY结构的形成机理提供了启示作用。 论文信息 AA-Stacked Hydrogen-Substituted Graphdiyne for Enhanced Lithium Storage Yuanyuan Liu, Zhengrun Chen, Chenyu Lai, Xiang Li, Zhou Qu, Prof. Chunxi Li, Prof. Manhua Peng, Prof. Hongwei Fan, Prof. Fei Ding, Prof. Lin Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202422089
