發(fā)展高性能電化學(xué)儲能器件在人類的社會活動中越來越重要，電極材料作為電化學(xué)儲能器件的核心部分，一直是研究的焦點。石墨炔 (Graphdiyne, GDY)是一種由sp和sp2共雜化的新型二維碳同素異形體，它富含炔烴和高度π共軛的框架，具有均勻的本征孔隙、良好的導(dǎo)電性以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，在電化學(xué)儲能和轉(zhuǎn)換中具有廣闊的應(yīng)用前景。 然而，通過傳統(tǒng)合成方法多相催化獲得的GDY通常以無序?qū)娱g堆疊存在，在有效縮短鋰擴散途徑和加速鋰擴散速度方面仍然具有廣闊的發(fā)展空間。 近日，北京化工大學(xué)的范紅瑋教授、華北電力大學(xué)的彭曼華教授以及漢諾威大學(xué)的張琳教授合作，以GDY材料為研究對象，通過綠色簡單的醇熱法合成了具有高度有序AA堆疊HsGDY材料用于高性能的鋰離子電池。相關(guān)成果以“AA-Stacked Hydrogen-Substituted Graphdiyne for Enhanced Lithium Storage”為題發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上，文章第一作者是北京化工大學(xué)碩士研究生劉媛媛。
在乙酸銅一水合物（Cu（OAc）2·H2O）的均相催化體系中，并通過密度泛函理論（DFT）驗證，三乙炔基苯（TEB）偶聯(lián)成具有六邊形孔的規(guī)則HsGDY環(huán)狀結(jié)構(gòu)。隨后，均相溶液中更多的TEB分子參與偶聯(lián)反應(yīng)，連續(xù)生長成HsGDY納米片。最后，TEB在HsGDY納米片層間強π-π的相互作用下，形成了層間相互作用更強的AA堆疊HsGDY的有序結(jié)構(gòu)。 高度有序的HsGDY結(jié)構(gòu)使鋰能夠通過更為規(guī)整的孔通道從而實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移，同時，DFT 理論模擬計算表明，與任意堆疊相比，該結(jié)構(gòu)能有效降低鋰離子吸附能壘，具有更強的吸附能力，從而有利于獲得更高的電化學(xué)性能。 最終，該晶態(tài)有序的AA堆疊HsGDY結(jié)構(gòu)在鋰離子電池應(yīng)用中表現(xiàn)出高的比容量，優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為高性能GDY基電極材料的合成和理解有序堆疊GDY結(jié)構(gòu)的形成機理提供了啟示作用。 論文信息 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
