鋰電池通常包含石墨碳作為負(fù)極材料。科學(xué)家已經(jīng)研究了碳納米網(wǎng)石墨二炔作為一種新穎的二維碳網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗m用于電池應(yīng)用。Graphdiyne和石墨烯相同平坦且薄，石墨烯是石墨的單原子層薄形式，但它具有較高的孔隙率和可調(diào)節(jié)的電子性能。在《AngewandteChemie》雜志上，研究人員描述了從量身定制的前體分子進(jìn)行簡單的自下而上合成的過程。

碳材料是最常見的陽極材料在鋰電池。它們的分層結(jié)構(gòu)允許鋰離子在電池循環(huán)過程中進(jìn)出層之間的空間，并具有高導(dǎo)電性的二維六邊形晶格，并且它們形成了穩(wěn)定的多孔網(wǎng)絡(luò)，可有效滲透電解質(zhì)。然而，結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)的微調(diào)是困難的，因?yàn)檫@些碳材料重要由自上而下的合成中的聚合碳物質(zhì)制備。

Graphdiyne是由兩個(gè)乙炔單元(名稱為diyne)橋接的六角形碳環(huán)組成的混合二維網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)建議將Graphdiyne作為用于分離同位素或氦氣的納米纖維膜。但是，其獨(dú)特的電子性能和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也使石墨二炔適用于電化學(xué)應(yīng)用。來自我國科學(xué)院北京的黃長水及其同事研究了量身定制的電子調(diào)節(jié)石墨二炔衍生物的鋰儲存能力和電化學(xué)性能。

科學(xué)家通過自下而上的策略通過在銅箔上添加前體分子來合成石墨二炔衍生物，該前體分子自組織形成有序的分層納米結(jié)構(gòu)。作者使用含有具有有趣電子特性的官能團(tuán)的單體，制備了具有獨(dú)特電化學(xué)和形態(tài)學(xué)特性的功能石墨二炔。

這組作者報(bào)道說，在這些官能團(tuán)中，發(fā)揮吸電子用途的官能團(tuán)減少了石墨二炔的帶隙并提高了其電導(dǎo)率。正如作者所報(bào)道的那樣，氰基基團(tuán)特別有效，當(dāng)用作陽極材料時(shí)，氰基改性的石墨二炔顯示出優(yōu)異的鋰存儲能力，并且在數(shù)千個(gè)循環(huán)中穩(wěn)定。

相比之下，當(dāng)石墨二炔被龐大的官能團(tuán)(甲基)修飾后，該官能團(tuán)將電子供應(yīng)給石墨二炔網(wǎng)絡(luò)時(shí)，作者觀察到較大的層間距，這使材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此陽極僅能承受幾次充放電循環(huán)。作者還將兩種改性的石墨二炔材料和空版本進(jìn)行了比較，其中只有氫占據(jù)了網(wǎng)絡(luò)中官能團(tuán)的位置。

作者得出結(jié)論，可以通過自下而上的策略來制備修飾的石墨二炔，該策略也最適合構(gòu)建用于電池，電容器和其他電催化裝置的功能二維碳材料結(jié)構(gòu)。