鋰離子電池通常采用石墨類碳材作為負(fù)極材料。據(jù)外媒報道，科學(xué)家們研究新型二維碳網(wǎng)狀物，即碳納米纖維膜石墨二炔，在電池應(yīng)用中的適用性。
石墨二炔和石墨烯（石墨烯是單原子層石墨）一樣又平又薄，但是孔隙率更高，而且可以調(diào)整電子性能。據(jù)研究人員介紹，利用特制前體分子，采用簡單的自下而上的合成方法，可以制備這種材料。
在鋰離子電池中，碳材料是最常見的負(fù)極材料。在電池循環(huán)過程中，受益于碳材料的層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子可以出入層間空間，而且這類材料具有高導(dǎo)電性二維六邊形晶格，可以形成穩(wěn)定的多孔網(wǎng)絡(luò)，有效滲透電解液。然而，碳材料大多是通過自上而下的合成方法，利用聚合碳材料制備而成，因此，想要對結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行微調(diào)比較困難。
石墨二炔（Graphdiyne）是一種混合二維網(wǎng)狀物，由兩個乙炔單元連接的六邊形碳環(huán)構(gòu)成。石墨二炔被認(rèn)為是一種可用于分離同位素或氦的納米纖維網(wǎng)狀膜，然而，由于獨特的電子性質(zhì)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，適合于電化學(xué)應(yīng)用。中國科學(xué)院的Changshui Huang及其同事，研究特定電子調(diào)節(jié)石墨二炔衍生物的鋰存儲能力和電化學(xué)性能。
科學(xué)家們通過在銅箔上添加前體分子，以自下而上的方式合成了石墨二炔衍生物，其中，銅箔自組織形成有序的層狀納米結(jié)構(gòu)。利用具有有趣電子性質(zhì)的官能團(tuán)單體，所制備的功能性石墨二炔，具有獨特電化學(xué)和形態(tài)性質(zhì)。據(jù)介紹，在這些官能團(tuán)中，那些具有吸電子效應(yīng)的官能團(tuán)，能夠減小石墨二炔的帶隙，并且提升電導(dǎo)率。氰基基團(tuán)尤其有效，在作為負(fù)極材料使用時，通過氰基調(diào)整的石墨二炔表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰存儲能力，并且可以在經(jīng)過數(shù)千次循環(huán)后保持穩(wěn)定的性能。
相比之下，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過大量的甲基官能團(tuán)調(diào)整石墨二炔，官能團(tuán)可以為石墨二炔網(wǎng)狀物提供電子，使層間距變得更大，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。在這種情況下，負(fù)極材料只能承受幾個充放電循環(huán)。研究人員還將這兩種改性石墨二炔材料與一種只有氫占據(jù)官能團(tuán)位置的“空”材料進(jìn)行了比較。
研究人員表示，可以通過自下向上的方法，制備改性石墨二炔。這種策略也很適合用于構(gòu)建功能性二維碳材料結(jié)構(gòu)，以用于電池、電容器和其他電催化裝置。
